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啟航考研計算機基礎綜合基礎階段測評——組成原理

來源:啟航考研 | 更新時間:2020-07-02

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啟航考研計算機基礎綜合基礎階段測評——組成原理

(總分:52.00,做題時間:90分鐘)

一、<B>單項選擇題1-40小題。下列每題給出的四個選項中,只有一個選項是最符合題目要求的。</B>(總題數:22,分數:44.00)

1.下列關于存儲系統層次結構的說法中,不正確的是( )。

 A.存儲層次結構中,離CPU越近的存儲器速度越快,價格越貴,容量越小

 B.Cache-主存層次設置的目的是為了提高主存的等效訪問速度

 C.主存一輔存層次設置的目的是為了提高主存的等效存儲容量

 D.存儲系統層次結構對程序員都是透明的 

此題考查的知識點:存儲系統層次結構的基本概念。Cache-主存層次對所有程序員都是透明的。主存-輔存層次只對應用程序員透明,對系統程序員不透明。

2.存儲器的存取周期與存儲器的存取時間的關系是( )。

 A.存取周期大于存取時間 

 B.存取周期等于存取時間

 C.存取周期小于存取時間

 D.存取周期與存取時間關系不確定

此題考查存儲器存取周期與存取時間的概念及其關系。存取周期是存儲器進行連續地讀或寫操作允許的最短時間間隔,存取時間是存儲器進行一次讀或寫操作所需的平均時間。

3.以下幾種存儲器中,存取速度最快的是( )。

 A.Cache

 B.寄存器 

 C.內存

 D.光盤

存儲層次結構中,離CPU越近的存儲器速度越快,價格越貴,容量越小。寄存器就是離CPU最近的存儲器。

4.屬于易失性存儲器的是( )。

 A.E 2 PROM

 B.Cache 

 C.Flash Memory

 D.CD-ROM

易失性存儲器包括Cache。

5.虛擬存儲器理論上的最大容量取決于( )。

 A.輔存容量

 B.主存容量

 C.虛地址長度 

 D.實地址長度

虛地址和實地址是虛擬存儲器的兩個基本概念,虛擬存儲器的最大容量取決于虛地址長度,主存儲器的最大容量取決于實地址長度。

6.下列存儲保護方案中,不是針對“地址越界”訪存違例的是( )。

 A.界限保護

 B.鍵保護

 C.環保護

 D.設置訪問權限位 

設置訪問權限位是針對“訪問越權”訪存違例的。

7.下列關于DRAM刷新的說法中,錯誤的是( )。

 A.刷新是指對DRAM中的存儲電容重新充電

 B.刷新是通過對存儲單元進行“讀但不輸出數據”的操作來實現

 C.由于DRAM。內部設有專門的刷新電路,所以訪存期間允許進行刷新- 

 D.刷新期間不允許訪存,這段時間稱為“訪存死區(也叫死時間)”

DRAM在訪存期間不允許刷新。

8.下列關于ROM和RAM的敘述中,正確的是( )。

 A.CD-ROM實質上是ROM

 B.Flash是對RAM的改進,可以實現隨機存取

 C.RAM的讀出方式是破壞性讀出,因此讀后需要再生

 D.只有DRAM讀后需要刷新 

CD-ROM是光盤存儲器,是一種機械式的存儲器,與ROM有本質的區別,選項A錯誤。Flash存儲器是E 2 PROM的改進產品,雖然它也可以實現隨機存取,但從原理上講仍屬于ROM,而且RAM是易失性存儲器,選項B錯誤。DRAM的讀出方式并不是破壞性的,讀出后不需再生,選項C錯誤。SRAM采用雙穩態觸發器來記憶信息,因此不需要再生;而DRAM采用電容存儲電荷的原理來存儲信息,只能維持很短的時間,因此需要再生,選項D正確。

9.下面是有關DRAM和SRAM存儲器芯片的敘述: I.DRAM芯片的集成度比SRAM高 Ⅱ.DRAM芯片的成本比SRAM高 Ⅲ.DRAM芯片的速度比SRAM快 Ⅳ.DRAM芯片工作時需要刷新,SRAM芯片工作時不需要刷新 通常情況下,錯誤的是( )。

 A.I和Ⅱ

 B.Ⅱ和Ⅲ 

 C.Ⅲ和Ⅳ

 D.I和Ⅳ

DRAM的集成度高于SRAM,SRAM的速度高于DRAM,可以推出DRAM的成本低于SRAM。SRAM芯片工作時不需要刷新,DRAM芯片工作時需要刷新。隨機存儲器RAM可分為靜態和動態兩種。SRAM由6個MOS管組成一個記憶單元,它的存取速度快,但集成度低,功耗也較大;DRAM由4個MOS管或單個MOS管組成一個記憶單元,它的集成度高,功耗小,但存取速度慢。DRAM是靠MOS電路中的柵極電容來存儲信息的,柵極電容上的電荷數目會隨著時間推移逐步泄漏,因此每隔一定的時間必須向柵極電容補充一次電荷,這個過程稱為刷新。

10.下列關于DRAM刷新的說法中,錯誤的是( )。

 A.刷新操作按行進行,一次刷新一行中的全部存儲單元

 B.刷新所需的行地址由DRAM內部的刷新計數器(行地址生成器)給出

 C.集中刷新的“死時間”要大于異步刷新的“死時間”

 D.分散刷新方式同樣存在“死時間” 

分散刷新方式不存在死時間。

11.下列關于Cache的說法中,正確的是( )。

 A.采用直接映像時,Cache無需考慮替換問題 

 B.如果選用最優替換算法,則Cache的命中率可以達到100%

 C.Cache本身的速度越快,則Cache存儲器的等效訪問速度就越快

 D.Cache的容量與主存的容量差別越大越好

由于主存塊是在不命中時被裝入Cache,所以Cache-命中率不可能達到100%。命中率比Cache本身速度對Cache的等效訪問速度影響更大。

12.“小端次序”的機器上,四字節數據1234.5678H按字節地址由小到大依次存在為( )。

 A.12345678H

 B.56781234H

 C.34127856H

 D.78563412H 

此題考查小端次序的基本概念。

13.為了提高訪問主存中信息的速度,要求“信息按整數邊界存儲(對齊方式存儲)”,其含義是( )。

 A.信息的字節長度必須是整數

 B.信息單元的存儲地址是其字節長度的整數倍 

 C.信息單元的字節長度必須是整數

 D.信息單元的存儲地址必須是整數

此題考查“信息按整數邊界存儲”的概念。

14.某存儲系統中,主存容量是Cache容量的1 024倍,Cache被分為8個塊,當主存地址和Cache地址采用直接映像方式時,地址映射表的大小應為( )。(假設不考慮一致維護位。)

 A.6×1 025 bits

 B.8×10 bits

 C.6×1 024 bits

 D.8×11 bits 

由于Cache被分為8個塊,那么Cache有8行,采用直接映像,一行相當于一組。故該標記陣列每行存儲1個標記項,其中主存標記項為10 bits(2 10 =1 024,是Cache容量的1 024倍,那么就是地址長度比Cache長10位),加上1位有效位,即為8×11 bits。

15.下面說法中正確的是( )。

 A.有了穩定的地址和寫入的數據,再有了片選信號才能給出寫命令,以便保證無誤的寫操作

 B.有了穩定的地址與片選信號才可以讀

 C.信號應有一定的持續時間,以保證讀寫操作得以正常完成

 D.以上說法都正確 

存儲器讀寫操作時,地址信號、片選信號、讀寫命令、讀出的數據或寫入的數據,它們之間在時序配合上要滿足以下這些條件:有了穩定的地址與片選信號才可以讀;有了穩定的地址和寫入的數據,再有了片選信號才能給出寫命令,以便保證無誤的寫操作。此外,這些信號應有一定的持續時間,以保證讀寫操作得以正常完成。

16.虛擬存儲器中的頁表有快表和慢表之分,下面關于頁表的敘述中正確的是( )。

 A.快表與慢表都存儲在主存中,但快表比慢表容量小

 B.快表采用了優化的搜索算法,因此查找速度快

 C.快表比慢表的命中率高,因此快表可以得到更多的搜索結果

 D.快表采用高速存儲器件組成,按照查找內容訪問,因此比慢表查找速度快 

快表采用的是相聯存儲器,而不是依賴搜索算法來查找的,而慢表通常是依賴于查找算法,故選項A和B錯誤??毂淼拿新视锌赡芨哂诼?,但快表僅是慢表的一個部分拷貝,不能得到比慢表更多的結果,因此選項C錯誤。

17.已知Cache命中率H=0.98,主存比Cache慢4倍,已知主存的存取周期為200 ns,Cache/主存的效率是( )。

 A.0.92

 B.0.94 

 C.0.96

 D.0.98

R=T m /T c =4;T c =T m /4=50 ns;E=1/[R+(1一R)H]=1/[4+(1—4)×0.98]=0.94。

18.已知Cache命中率H=0.98,主存比Cache慢4倍,已知主存的存取周期為200 ns,平均訪問時間是( )。

 A.125 ns

 B.75 ns

 C.55 ns

 D.53 ns 

R=T m /T c =4;T c =T m /4=50 ns;T a =T c /E=T c ×[4—3×0.98]=50×1.06=53 ns。

19.CPU執行一段程序時,Cache完成存取的次數為3 800次,主存完成存取的次數為200次,已知Cache存取周期為50 ns,主存為250 ns,那么Cache/主存系統的效率為( )。

 A.86.3%

 B.87.2%

 C.83.3% 

 D.85.5%

命中率H=N c /(N c +N m )=3 800/(3 800+200)=0.95;主存慢于(2ache的倍率:r=t m /t c =250 ns/50 ns=5;訪問效率:e=1/[r+(1一r)H]=1/[5+(1—5)×0.95]=83.3%。

20.下列關于Cache和虛擬存儲器的敘述中,正確的是( )。

 A.當Cache沒有命中時,會引起處理器切換進程,以更新Cache中的內容

 B.當虛擬存儲器失效(如缺頁)時,處理器將會切換進程,以更新主存中的內容 

 C.Cache和虛擬存儲器由硬件和操作系統共同實現,對應用程序員均是透明的

 D.虛擬存儲器的容量等于主存和輔存的容量之和

(2ache失效與虛擬存儲器失效的處理方法不同,Cache完全由硬件實現,不涉及軟件端,而虛擬存儲器由硬件和OS共同完成,缺頁時才會發出缺頁中斷,故選項A錯誤,選項B正確,選項C錯誤。在虛擬存儲器中,主存的內容只是輔存的一部分內容,故選項D錯誤。

21.影響高速緩存命中率的因素有( )。 I.每次與內存交換信息的單位量 Ⅱ.Cache的容量 Ⅲ.Cache結構 Ⅳ.不同映像方式 V.主存的大小

 A.I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 

 B.I、Ⅱ和Ⅲ

 C.I、Ⅲ和Ⅳ

 D.只有I

影響Cache命中率的因素有以下幾點: (1)Cache的容量:更大的Cache容量,對提高命中率是有好處的,而容量達到一定值之后,再增加其容量對命中率的提高并不明顯。 (2)Cache line size(每次與內存交換信息的單位量):Cache在命中的情況下,可以在0等待狀態快速向cPu提供指令和數據,而一旦不命中,CPU就必須到主存去取信息,會增加幾個等待狀態。所以為減少訪問內存的次數,可通過每次到內存取信息時不是以一個字為單位,而是以幾個字在主存與Cache之間實現信息傳送。Cache line size太大,會減慢本次完成傳送的進度,還可能出現Cache中太多信息而不被CPU使用,造成費時費資源。 (3)多級的Cache結構:在已有Cache存儲器系統之外再增加一個容量更大的Cache,此時第一級Cache中保存的信息第二級Cache中也保存,CPU訪問第一級Cache出現缺失時就去訪問第二級Cache。若兩個Cache命中率為90%,兩個合起來的命中率為99%,所以不可再增加第三級Cache。 (4)不同映像方式:全相聯映像方式很難實用,直接映像方式命中率略低,多路組相聯映像方式性能/價格比更好。

22.設某按字節編址的計算機已配有00000H~07FFFH的ROM區,地址線為20位,現再用16K×8位的RAM芯片構成剩下的RAM區08000H~FFFFFH,則需要這樣的RAM芯片( )片。

 A.61

 B.62 

 C.63

 D.64

RAM區的地址范圍為0000 1000 0000 0000 0000~1111 1111 1111 1111 1111,由此可知RAM區的大小為31×32.KB,(31×32 KB)/16 KB=62。

二、<B>綜合應用題41-47小題。</B>(總題數:4,分數:8.00)

23.說明頁表的組成與程序邏輯地址到內存物理地址的變換過程??毂硎且欢ㄒ械膯?說明快表內容的組成與讀寫原理。

__________________________________________________________________________________________

正確答案:(正確答案:頁表由若干表項組成,每個虛頁號對應頁表中的一個表項,表項的內容可以由如下部分組成:最重要的是一個虛頁被分配在主存中的實際頁號,還可能包括頁裝入(有效)位、修改標記位、替換控制位、其他保護位等組成的控制位字段。 地址變換過程:用虛地址中的虛頁號與頁表基地址相加,求出對應該虛頁的頁表表項在主存中的實際地址,從該表項的實頁號字段取出實頁號再拼上虛地址中的頁內地址,就得到讀主存數據用的實際地址。 為了解決當要讀頁內的某個存儲單元時,需讀兩次主存才能取得要讀的數據的問題(讀兩次主存過程:首先要讀一次主存,通過查頁表求出實存地址,然后再讀一次主存),設立一個完全用快速硬件實現的容量很小的快速頁表,又稱轉換旁路緩沖器,用于存放在頁表中使用最頻繁的、為數不多的那些表項的內容。 快表主要有虛頁號和實頁號兩項內容。經快表實現的地址轉換過程:用虛地址中的虛頁號去與快表中虛頁號字段的內容相比較,與哪個表項中的虛頁號相同,則可以取出該表項中的實頁號,并與頁內地址拼接出主存實際地址。這一過程可以很快完成,類似于高速緩沖存儲器的運行原理。當在快表中找不到該虛頁號時,就要到主存中經慢表找出該虛頁號對應的實頁號,在得到一個主存實際地址的同時用該虛頁號和實頁號替換快表的一個表項的內容,以反映這次操作的形勢。)

24.說明段表的組成與邏輯段地址到內存物理地址的變換。

__________________________________________________________________________________________

正確答案:(正確答案:段表也是一個特定的段,通常被保存在主存中。段表由多個入口(表項)組成,每個表項由三部分內容構成:段起始地址、段的長度、段的裝入位。段起始地址給出的是本段在主存中的起始地址,該起始地址加上段內地址就得到本段的一個字在主存中的真正地址。段的長度用于主存使用的合法性檢查,當出現段內地址超過段的長度時,就是主存使用中的一個地址越界錯誤。段的裝入位用于判斷本段是否已裝入主存。 地址轉換過程,從概念上講可以用如下辦法完成:把邏輯地址中的段號與段表基地址的內容相加,用相加之和作地址,找到段表的一個表項,檢查該表項中的裝入位,其內容為1,表示該段已調入主存,從表項中取段的起始地址與邏輯地址中的段內地址相加,就得到一個數據在主存中的實際地址。若表項的裝入位的值為0,表示該段尚未調入主存,則操作系統負責首先把該段從磁盤裝入主存,并相應修改段表中的該表項內容,之后才可以完成地址轉換過程。)

25.CPU執行一段程序時,Cache完成存取的次數為5 000次,主存完成存取的次數為200次。已知Cache存取周期為40 ns,主存儲取周期為160 ns。求: (1)Cache的命中率H。 (2)Cache-主存系統的訪問效率e。 (3)平均訪問時間T。

__________________________________________________________________________________________

正確答案:(正確答案:(1)命中率H=N c /(N c +N m )=5 000÷(5 000+200)=5 000÷5 200=0.96 (2)主存慢于Cache的倍率: R=T m /T c =160 ns÷40 ns=4 訪問效率: e=1÷[r+(1一r)H]=1÷[4+(1—4)×0.96]=89.3% (3)平均訪問時間: T a =T c /e=40÷0.893=45 ns)

26.用快表(頁表)的虛實地址轉換條件,快表放在相聯存儲器中,其容量為8個存儲單元,問: (1)當CPU按虛地址1去訪問主存時主存的實地址碼是多少? (2)當CPU按虛地址2去訪問主存時主存的實地址碼是多少? (3)當CPU按虛地址3去訪問主存時主存的實地址碼是多少?

__________________________________________________________________________________________

正確答案:(正確答案:(1)用虛擬地址為1的頁號15作為快表檢索項,查得頁號為15的頁在主存中的起始地址為80000,故將80000與虛擬地址中的頁內地址碼0324相加,求得主存實地址碼為80324。 (2)主存實地址碼=96000+0128=96128。 (3)虛擬地址3的頁號為48,當用48作檢索項在快表中檢索時,沒有檢索到頁號為48的頁面,此時操 作系統暫停用戶作業程序的執行,轉去執行查頁表程序。如該頁面在主存中,則將該頁號及該頁在主存中的起始地址寫入主存;如該頁面不存在,則操作系統要將該頁面從外存調入主存,然后將頁號及其在主存中的起始地址寫入快表。)


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