第一章计算机系统概述

题号	年份-题号	正确答案	题号	年份-题号	正确答案	题号	年份-题号	正确答案
1	2009-11	C	6	2010-12	D	11	2017-12	C
2	2015-12	A	7	2011-12	D	12	2020-12	B
3	2016-12	C	8	2012-12	D	13	2021-12	D
4	2019-12	C	9	2013-12	C	14	2022-12	A
5	2022-18	B	10	2014-12	D	15	2023-12	C

(一)计算机系统层次结构

Tip

1. 计算机系统的基本组成
2. 计算机硬件的基本结构
3. 计算机软件和硬件的关系
4. 计算机系统的工作原理
5. "存储程序"工作方式
6. 高级语言程序与机器语言程序之间的转换
7. 程序和指令的执行过程。

1. 【2009-11】冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU 区分它们的依据是（ ）。

A. 指令操作码的译码结果

B. 指令和数据的寻址方式

C. 指令周期的不同阶段

D. 指令和数据所在的存储单元

解析

答案：C
解析：在冯·诺依曼结构中，指令和数据均以二进制形式存放在同一个存储器中。CPU 在取指周期从存储器取出的是指令，在执行周期取出的是数据，因此区分它们的依据是指令周期的不同阶段。

1. 【2015-12】计算机硬件能够直接执行的语言是（ ）。

I. 机器语言程序

II. 汇编语言程序

III. 硬件描述语言程序

A. 仅I

B. 仅I、II

C. 仅I、III

D. I、II、III

解析

答案：A
解析：计算机硬件能够直接识别和执行的只有机器语言程序（Ⅰ正确）。汇编语言程序和高级语言程序（包括硬件描述语言）都需要通过翻译程序（如汇编程序、编译程序）转换为机器语言程序后，才能被硬件直接执行（Ⅱ、Ⅲ错误）。

1. 【2016-12】将高级语言源程序转换为机器目标代码文件的程序是（ ）。

A. 汇编程序

B. 链接程序

C. 编译程序

D. 解释程序

解析

答案：C
解析：编译程序的作用是将高级语言源程序转换为机器语言目标代码文件。汇编程序用于将汇编语言转换为机器语言；链接程序用于将多个目标代码文件链接成可执行文件；解释程序则逐句翻译执行，不生成独立的目标代码文件。

1. 【2019-12】下列关于冯·诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是（ ）。

A. 程序的功能都通过中央处理器执行指令实现

B. 指令和数据都用二进制数表示，形式上无差别

C. 指令按地址访问，数据都在指令中直接给出

D. 程序执行前，指令和数据需预先存放在存储器中

解析

答案：C
解析：冯·诺依曼结构计算机的基本思想包括：指令和数据均以二进制形式表示且存放在存储器中；程序执行前需预先存入存储器；计算机由五大部件组成等。但是，数据并非都在指令中直接给出（即并非只有立即寻址），数据可以通过直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等多种寻址方式获取，故选项 C 叙述错误。

1. 【2022-18】下列选项中，属于指令集体系结构（ISA）规定的内容是（ ）。

Ⅰ. 指令字格式和指令类型

Ⅱ. CPU的时钟周期

Ⅲ. 通用寄存器个数和位数

Ⅳ. 加法器的进位方式

A. 仅Ⅰ、Ⅱ

B. 仅Ⅰ、Ⅲ

C. 仅Ⅱ、Ⅳ

D. 仅Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

解析

答案：B
解析：指令集体系结构（ISA）是软件和硬件之间的接口，规定了程序员可见的计算机属性，如指令字格式、指令类型、数据类型、通用寄存器个数和位数等（Ⅰ、Ⅲ正确）。而 CPU 的时钟周期和加法器的进位方式属于计算机组成（微架构）层面的实现细节，对程序员是透明的（Ⅱ、Ⅳ错误）。

(二)计算机性能指标

Tip

1. 吞吐量、响应时间
2. CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间
3. MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS、ZFLOPS

1. 【2010-12】下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是（ ）。

Ⅰ. 提高CPU时钟频率

Ⅱ. 优化数据通路结构

Ⅲ. 对程序进行编译优化

A. 仅Ⅰ和Ⅱ B. 仅Ⅰ和Ⅲ C. 仅Ⅱ和Ⅲ D. Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ

解析

答案：D
解析：CPU 执行时间公式为：。

• Ⅰ. 提高 CPU 时钟频率可以减小时钟周期，从而缩短执行时间；
• Ⅱ. 优化数据通路结构可以降低 CPI，从而缩短执行时间；
• Ⅲ. 对程序进行编译优化可以减少指令数或降低 CPI，从而缩短执行时间。
  因此，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均能缩短程序执行时间。

1. 【2011-12】下列选项中，描述浮点数操作速度指标的是（ ）。

A. MIPS

B. CPI

C. IPC

D. MFLOPS

解析

答案：D
解析：MFLOPS（Million Floating-point Operations Per Second）表示每秒执行百万次浮点运算，是专门用于描述计算机浮点数操作速度（浮点性能）的指标。MIPS 用于衡量整数指令执行速度，CPI 和 IPC 是衡量每条指令所需周期数和每个周期执行指令数的指标。

1. 【2012-12】假定基准程序A在某计算机上的运行时间为100秒，其中90秒为CPU时间，其余为I/O时间。若CPU速度提高50%，I/O速度不变，则运行基准程序A所耗费的时间是（ ）。

A. 55s

B. 60s

C. 65s

D. 70s

解析

答案：D
解析：原总运行时间为 100s，其中 CPU 时间 90s，I/O 时间 10s。
CPU 速度提高 50%，意味着其执行速度变为原来的 1.5 倍，因此新的 CPU 时间为 。
由于 I/O 速度不变，I/O 时间仍为 10s。
总耗费时间为 。

1. 【2013-12】某计算机主频为1.2GHz，其指令分为4类，它们在基准程序中所占比例及CPI如下表所示。

指令类型	所占比例	CPI
A	50%	2
B	20%	3
C	10%	4
D	20%	5

该机的MIPS数是（ ）。

A. 100

B. 200

C. 400

D. 600

解析

答案：C
解析：基准程序CPI为2×50%+3×20%+4×10%+5×20%=3，即平均执行一条指令需要3个时钟周期
已知主频 ,

因此该机的 MIPS 数是 400。

1. 【2014-12】程序P在机器M上的执行时间是20秒，编译优化后，P执行的指令数减少到原来的70%，而CPI增加到原来的1.2倍，则P在M上的执行时间是（ ）。

A. 8.4秒

B. 11.7秒

C. 14秒

D. 16.8秒

解析

答案：D
解析：原执行时间 。
编译优化后，指令数变为 ，CPI 变为 ，时钟周期 不变。
新执行时间 。

1. 【2017-12】假定计算机M1和M2具有相同的指令集体系结构（ISA），主频分别为1.5GHz和1.2GHz。在M1和M2上运行某基准程序P，平均CPI分别为2和1，则程序P在M1和M2上运行时间的比值是（ ）。

A. 0.4

B. 0.625

C. 1.6

D. 2.5

解析

答案：C
解析：设程序 P 的指令条数为 。
M1 上的运行时间 。
M2 上的运行时间 。
运行时间的比值为：

1. 【2020-12】下列给出的部件中，其位数（宽度）一定与机器字长相同的是（ ）。

Ⅰ. ALU

Ⅱ. 指令寄存器

Ⅲ. 通用寄存器

IV. 浮点寄存器

A. 仅Ⅰ、Ⅱ

B. 仅Ⅰ、Ⅲ

C. 仅Ⅱ、Ⅲ

D. 仅Ⅱ、Ⅲ、IV

解析

答案：B
解析：机器字长通常指 CPU 一次能处理的二进制数据的位数，一般与 ALU 的宽度和通用寄存器的位数相同（Ⅰ、Ⅲ正确）。指令寄存器的宽度等于指令字长，不一定等于机器字长（如 x86 的变长指令）；浮点寄存器的宽度也可能与机器字长不同（如 x87 浮点寄存器为 80 位，而机器字长可能为 32 或 64 位）（Ⅱ、Ⅳ错误）。

1. 【2021-12】2017年公布的全球超级计算机TOP500排名中，我国“神威·太湖之光”超级计算机蝉联第一，其浮点运算速度为93.0146PFLOPS，说明该计算机每秒钟完成的浮点操作次数为（ ）。

A. \(9.3×10^{13}\) 次

B. \(9.3×10^{15}\) 次

C. 9.3千万亿次

D. 9.3亿亿次

解析

答案：D
解析：P（Peta）代表 ，即千万亿。
。
因为 是一亿，所以 是一亿亿。
因此，该计算机每秒钟完成的浮点操作次数约为 9.3 亿亿次。

1. 【2022-12】某计算机主频为1GHz，程序P运行过程中，共执行了10000条指令，其中，80%的指令执行平均需1个时钟周期，20%的指令执行平均需10个时钟周期。程序P的平均CPI和CPU执行时间分别是（ ）。

A. 2.8，28μs

B. 28，28μs

C. 2.8，28ms

D. 28，28ms

解析

答案：A
解析：
平均 CPI = 。
主频为 ，即时钟周期 。
CPU 执行时间 = 。
将纳秒转换为微秒：。

1. 【2023-12】若机器M的主频为1.5GHz，在M上执行程序P的指令条数为 5×105 ，P的平均CPI为1.2，则P在M上的指令执行速度和用户CPU时间分别为（ ）。

A. 0.8GIPS、0.4ms

B. 0.8GIPS、0.4μs

C. 1.25GIPS、0.4ms

D. 1.25GIPS、0.4μs

解析

答案：C
解析：
指令执行速度 = 。
用户 CPU 时间 = 。
将秒转换为毫秒：。