软件评测师考试试题分类精解

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第1 章 计算机系统构成及硬件基础知识

1.1 考点辅导

第1章 计算机系统构成及硬件基础知识 1.1 考点辅导

根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点。 （1）计算机系统的构成。 （2）处理机。

（3）基本输入输出设备。 （4）存储系统。

历年试题在本章的知识点分布如表1-1所示，其中除分值统计外，其他数字表示上午试题的题号，\数字\表示下午试题号，例如PM1表示下午试题一（以后各章的体例相同，不再单独注明）。

表1-1 历年试题在本章的知识点分布

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本章知识点主要出现在上午试题中，平均每年占5分，主要涉及计算机专业中的计算机组成原理（或微机原理）和计算机系统结构等课程。其中计算机系统各组成部分的基本概念及存储器等内容的出题频率较高，有关存储器的容量计算和系统可靠性的计算等需要重点掌握。

1.2 例题分析

例题1（软件评测师2007年5月上午第5题）

计算机各功能部件之间的合作关系如图1-1所示。假设图中的虚线表示控制流，实线表示数据流，那么a、b和c分别表示（1）.

图1-1 计算机部件间的关系

（1）A.控制器、内存储器和运算器B.控制器、运算器和内存储器 C.内存储器、运算器和控制器D.内存储器、控制器和运算器 答案：B 分析：

本题考查计算机系统的构成。

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\存储程序控制\的概念是美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼于1946年提出的设计电子数字计算机的一些基本思想，其要点如下。

（1）由运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置5大基本部件组成计算机，并规定了这5个部分的基本功能。

（2）采用二进制形式表示数据和指令，二进制数便于硬件的物理实现，又有简单的运算规则。

（3）将程序和数据事先放在存储器中，使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令并执行，这就是存储程序概念。

这些概念奠定了现代计算机的基本结构，并开创了程序设计的时代。半个多世纪以来，虽然计算机结构经历了重大的变化，性能也有了惊人的提高，但就其结构原理来说，至今占有主流地位的仍是以存储程序原理为基础的冯·诺依曼型计算机。

一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成，硬件是计算机的实体，是计算机实现其功能的物质基础，主机、键盘、显示器、光驱、硬盘、软盘驱动器、打印机和鼠标等都属于硬件；软件是指挥计算机运行的程序集，按功能分系统软件和应用软件。人们把没有安装任何软件的计算机称为\裸机\

计算机硬件是计算机系统中所使用的电子线路和物理设备的总和，按功能可以分为以下几个部分。

1.中央处理器（CPU）

主要功能是根据存储器内的程序逐条执行程序指定的操作。中央处理器主要由运算器和控制器组成。

运算器是计算机处理数据和形成信息的加工厂，主要完成算术运算和逻辑运算，它由算

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术逻辑运算部件（ALU）、累加器及通用寄存器组成。

控制器是计算机的神经中枢，它控制并协调计算机各部件自动且连续地执行各条指令，它通常由如下部件组成。

1）指令寄存器（IR）：存放由存储器取得的指令。

2）指令译码器（ID）：将指令中的操作码翻译成相应的控制信号。

3）时序节拍发生器：产生一定的时序脉冲和节拍电位，使计算机有节奏且有次序地工作。

4）操作控制部件：将脉冲、电位和译码器的控制信号组合起来，有时间性且有时序地控制各个部件完成相应的操作。

5）程序计数器（PC）：指出下一条指令的地址。

6）标志寄存器（Flags Register）：记录运算器的重要状态或特征。 2.存储器

主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据；数据是计算机操作的对象。存储器由存储体、地址译码器、读写控制电路、地址总线和数据总线组成，由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为\主存储器\磁盘、磁带和光盘等大容量存储器称为\外存储器\（或\辅助存储器\），由主存储器、外部存储器和相应软件组成计算机的存储系统。 3.外部设备

用户与机器之间的桥梁，由如下部分组成。

（1）输入设备：是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机能接受的编码形式存入到计算机内。

（2）输出设备：是把计算机的处理结果以用户需要的形式（如屏幕显示、文字打印、

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图形图表及语言音响等）输出。

（3）输入输出接口：外部设备与中央处理器之间的缓冲装置，负责电气性能的匹配和信息格式的转换。

计算机软件是指为运行、维护、管理及应用计算机编写的所有程序和数据的总和，可分为系统软件和应用软件两个部分。系统软件负责整个计算机系统资源的管理、调度、监视和服务，通常包括如下类型。

（1）操作系统：是系统软件的核心，负责对计算机系统内各种软硬件资源的管理、控制和监视。操作系统是维持计算机运行的必备软件，具有3大功能，即管理计算机硬、软件资源，使之能有效地被应用；组织协调计算机各组成部分的运行，以增强系统的处理能力；提供各种实用的人机界面，为用户操作提供方便。操作系统软件包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理等5个部分。

（2）数据库管理系统：负责计算机系统内全部文件、资料和数据的管理和共享。 （3）语言处理系统（翻译程序）：高级语言的翻译方法包括：解释和编译。对源程序进行解释和编译任务的程序分别称为\解释程序\和\编译程序\编译程序负责把用户用高级语言所编写的源程序编译成机器所能理解和执行的机器语言。

（4）网络系统：负责组织和管理计算机系统的网络资源，使得多台独立的计算机间能实现的资源共享和通信。

（5）标准程序库：按标准格式所编写的一些程序的集合，完成通用的功能。 （6）服务性程序：也称为\实用程序\是为增强计算机系统的服务功能而提供的各种程序，包括对用户程序的装置、连接、编辑、查错、纠错及诊断等功能。例如，故障诊断程序负责检测、辨认和定位计算机设备的故障及某个程序中的错误，以便操作者排除和纠正。

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应用软件指各个不同领域的用户为各自需要而开发的各种应用程序，可分为通用软件和专用软件两类，常见的文字处理软件Word、电子表格软件Excel等属于通用软件；某些行业的管理软件，如ERP及CRM等属于专用软件。

1.2.1 例题1

例题1（软件评测师2007年5月上午第5题）

计算机各功能部件之间的合作关系如图1-1所示。假设图中的虚线表示控制流，实线表示数据流，那么a、b和c分别表示（1）.

图1-1 计算机部件间的关系

（1）A.控制器、内存储器和运算器B.控制器、运算器和内存储器 C.内存储器、运算器和控制器D.内存储器、控制器和运算器 答案：B 分析：

本题考查计算机系统的构成。

\存储程序控制\的概念是美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼于1946年提出的设计电子数字

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计算机的一些基本思想，其要点如下。

（1）由运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置5大基本部件组成计算机，并规定了这5个部分的基本功能。

（2）采用二进制形式表示数据和指令，二进制数便于硬件的物理实现，又有简单的运算规则。

（3）将程序和数据事先放在存储器中，使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令并执行，这就是存储程序概念。

这些概念奠定了现代计算机的基本结构，并开创了程序设计的时代。半个多世纪以来，虽然计算机结构经历了重大的变化，性能也有了惊人的提高，但就其结构原理来说，至今占有主流地位的仍是以存储程序原理为基础的冯·诺依曼型计算机。

一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成，硬件是计算机的实体，是计算机实现其功能的物质基础，主机、键盘、显示器、光驱、硬盘、软盘驱动器、打印机和鼠标等都属于硬件；软件是指挥计算机运行的程序集，按功能分系统软件和应用软件。人们把没有安装任何软件的计算机称为\裸机\

计算机硬件是计算机系统中所使用的电子线路和物理设备的总和，按功能可以分为以下几个部分。

1.中央处理器（CPU）

主要功能是根据存储器内的程序逐条执行程序指定的操作。中央处理器主要由运算器和控制器组成。

运算器是计算机处理数据和形成信息的加工厂，主要完成算术运算和逻辑运算，它由算术逻辑运算部件（ALU）、累加器及通用寄存器组成。

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控制器是计算机的神经中枢，它控制并协调计算机各部件自动且连续地执行各条指令，它通常由如下部件组成。

1）指令寄存器（IR）：存放由存储器取得的指令。

2）指令译码器（ID）：将指令中的操作码翻译成相应的控制信号。

3）时序节拍发生器：产生一定的时序脉冲和节拍电位，使计算机有节奏且有次序地工作。

4）操作控制部件：将脉冲、电位和译码器的控制信号组合起来，有时间性且有时序地控制各个部件完成相应的操作。

5）程序计数器（PC）：指出下一条指令的地址。

6）标志寄存器（Flags Register）：记录运算器的重要状态或特征。 2.存储器

主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据；数据是计算机操作的对象。存储器由存储体、地址译码器、读写控制电路、地址总线和数据总线组成，由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为\主存储器\磁盘、磁带和光盘等大容量存储器称为\外存储器\（或\辅助存储器\），由主存储器、外部存储器和相应软件组成计算机的存储系统。 3.外部设备

用户与机器之间的桥梁，由如下部分组成。

（1）输入设备：是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机能接受的编码形式存入到计算机内。

（2）输出设备：是把计算机的处理结果以用户需要的形式（如屏幕显示、文字打印、图形图表及语言音响等）输出。

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（3）输入输出接口：外部设备与中央处理器之间的缓冲装置，负责电气性能的匹配和信息格式的转换。

计算机软件是指为运行、维护、管理及应用计算机编写的所有程序和数据的总和，可分为系统软件和应用软件两个部分。系统软件负责整个计算机系统资源的管理、调度、监视和服务，通常包括如下类型。

（1）操作系统：是系统软件的核心，负责对计算机系统内各种软硬件资源的管理、控制和监视。操作系统是维持计算机运行的必备软件，具有3大功能，即管理计算机硬、软件资源，使之能有效地被应用；组织协调计算机各组成部分的运行，以增强系统的处理能力；提供各种实用的人机界面，为用户操作提供方便。操作系统软件包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理等5个部分。

（2）数据库管理系统：负责计算机系统内全部文件、资料和数据的管理和共享。 （3）语言处理系统（翻译程序）：高级语言的翻译方法包括：解释和编译。对源程序进行解释和编译任务的程序分别称为\解释程序\和\编译程序\编译程序负责把用户用高级语言所编写的源程序编译成机器所能理解和执行的机器语言。

（4）网络系统：负责组织和管理计算机系统的网络资源，使得多台独立的计算机间能实现的资源共享和通信。

（5）标准程序库：按标准格式所编写的一些程序的集合，完成通用的功能。 （6）服务性程序：也称为\实用程序\是为增强计算机系统的服务功能而提供的各种程序，包括对用户程序的装置、连接、编辑、查错、纠错及诊断等功能。例如，故障诊断程序负责检测、辨认和定位计算机设备的故障及某个程序中的错误，以便操作者排除和纠正。 应用软件指各个不同领域的用户为各自需要而开发的各种应用程序，可分为通用软件和

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专用软件两类，常见的文字处理软件Word、电子表格软件Excel等属于通用软件；某些行业的管理软件，如ERP及CRM等属于专用软件。

1.2.2 例题2

1.2 例题分析例题2（软件评测师2008年5月上午第5题）

利用高速通信网络将多台高性能工作站或微型机互连构成机群系统，其系统结构形式属于（2） 计算机。

（2）A.单指令流单数据流（SISD） B.多指令流单数据流（MISD） C.单指令流多数据流（SIMD） D.多指令流多数据流（MIMD） 答案：D 例题分析：

本题考查计算机系统结构基础知识。

1966年，Micheal Flynn根据指令和数据流的概念对计算机的体系结构进行了分类，即Flynn分类法。它将计算机划分为如下4种基本类型。

（1）单指令流单数据流（Single Instruction Single Data, SISD）：传统的顺序执行的单处理器计算机，其指令部件每次只对一条指令进行译码，只为一个操作部件分配数据。即在同一时刻只能执行一条指令（即只有一个控制流），并且处理一个数据（即只有一个数据流）。

（2）多指令流单数据流（Multiple Instruction Single Data,MISD）：具有n个处理单元，按n条不同指令的要求处理同一数据流及其中间结果。一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入，各个处理单元组成一个线性阵列分别执行不同的指令流，而同一个数据流则顺次通过这个阵列中的各个处理单元。这种系统结构只适用于某些特定的算法，实

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际应用中较少见到。

（3）单指令多数据流（Single Instruction Multiple Data,SIMD）：能够复制多个操作，并将其打包在大型寄存器的一组指令集，以同步方式在同一时间内执行同一条指令，曾经在很长一段时间内成为超级并行计算机主流的向量计算机就是SIMD计算机。它除了标量处理单元之外，最重要的是具有执行向量计算的硬件单元，在执行向量操作时一条指令可以同时处理多个数据（组成一个向量）。

（4）多指令流多数据流（Multiple Instruction Multiple Data, MIMD）：是一种全面的并行处理，典型的是多处理机。多个处理单元根据不同的控制流程执行不同的操作，处理不同的数据，这种计算机的设计和控制都很复杂。

SIMD和MISD模型更适合于专用计算，在商用并行计算机中MIMD模型最为通用，SIMD次之，而MISD最少用。PII的MMX指令采用的是SISD,高性能服务器与超级计算机大多属于MIMD.

串行计算是指在单个计算机（具有单个中央处理单元）上顺序地执行指令。CPU按照一个指令序列执行以解决问题，但任意时刻只有一条指令可提供随时并及时使用；并行计算相对于串行计算，分为时间和空间上的并行。时间上的并行指流水线技术，而空间上的并行则指用多个处理器并发地执行计算。

空间上的并行导致了两类并行机的产生，并根据不同指令流-数据流组织方式把计算机系统分成4类，即单指令流单数据流（如单处理机）、单指令流多数据流（如相联处理机）、多指令流单数据流（如流水线计算机）和多指令流多数据流（如多处理机系统）。利用高速通信网络将多台高性能工作站或微型机互连构成机群系统，其系统结构形式属于多指令流多数据流计算机。

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1.2.3 例题3

1.2 例题分析

例题3（软件评测师2007年5月上午第1题）（3） 不属于计算机控制器中的部件。 （3）A. 指令寄存器 IR B. 程序计数器 PC C. 算术逻辑单元 ALU D. 程序状态字寄存器 PSW 答案：C 例题分析：

本题考查计算机的硬件组成。

选项中算术逻辑单元ALU是运算器的组成部分，其他都是控制器的部件，其中程序状态字寄存器PSW是标志寄存器的一种。

1.2.4 例题4

1.2 例题分析

例题4（软件评测师2008年5月上午第4题）CPU中的数据总线宽度会影响（4） . （4）A.内存容量的大小 B.系统的运算速度 C.指令系统的指令数量 D.寄存器的宽度 答案：B 例题分析： 本题考查数据总线。

总线（Bus）是计算机CPU、内存、输入和输出设备等各种功能部件之间传递信息的公用通道，它是由导线组成的传输线束，按功能和规范可分为如下3大类型。

（1）片总线（Chip Bus, C-Bus）：又称为\元件级总线\是把各种不同的芯片连接在

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一起构成特定功能模块（如CPU）的信息传输通路。

（2）内总线（Internal Bus, I-Bus）：又称为\系统总线\或\板级总线\是微机系统中各插件（模块）之间的信息传输通路，如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。

（3）外总线（External Bus, E-Bus）：又称为\通信总线\是计算机系统之间或计算机系统与其他系统（仪器、仪表及控制装置等）之间的信息传输通路，如EIA RS-232C和IEEE-488等。

通常意义上所说的总线一般是指系统总线，按照功能的不同又分为数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus），分别用来传输数据、地址和控制信号。

（1）数据总线：用于传送数据信息，是双向三态形式的总线，既可以把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等其他部件，也可以将其他部件的数据传送到CPU.数据总线的位数是微机的一个重要指标，通常与微处理的字长相一致。例如，Intel 8086微处理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。需要指出的是，数据的含义是广义的，它可以是实际的数据，也可以是指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息。因此在实际工作中，数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。

（2）地址总线：专门用来传送地址，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向三态的。其位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比如8位微机的地址总线为16位，则其最大可寻址空间为216=64KB,16位微型机的地址总线为20位，其可寻址空间为220=1MB.一般来说，若地址总线为n位，则可寻址空间为2n字节。

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（3）控制总线：用来传送控制信号和时序信号，控制信号中有的是微处理器送往存储器和I/O接口电路的，如读/写信号、片选信号和中断响应信号等；有的是其他部件反馈给CPU的，比如中断申请信号、复位信号、总线请求信号和设备就绪信号等。因此控制总线的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的。控制总线的位数根据系统的实际控制需要而定，主要取决于CPU.

按照传输数据的方式划分，总线可以分为串行总线和并行总线，串行总线中的二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件；并行总线的数据线通常超过两根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。

按照时钟信号是否独立可以分为同步总线和异步总线，同步总线的时钟信号独立于数据；异步总线的时钟信号从数据中提取出来。SPI和I2C是同步串行总线，RS232采用异步串行总线。

CPU与其他部件交换数据时用数据总线传输数据，其宽度指同时传送的二进制位数，内存容量及指令系统中的指令数量与寄存器的位数与数据总线的宽度无关。数据总线宽度越大，单位时间内进出CPU的数据就越多，系统的运算速度就越快。

1.2.5 例题5

1.2 例题分析

例题5（软件评测师2009年5月上午第3题）（5） 是指按内容访问的存储器。 （5）A.虚拟存储器 B.相联存储器 C.高速缓存（Cache） D.随机访问存储器 答案：B 例题分析：

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本题考查存储器的有关概念。 1. 虚拟存储器（Virtual Memory）

是为了向用户提供更大的随机存取空间而采用的一种存储技术，它将内存与外存结合使用，如同有一个容量极大的内存储器。其工作速度接近于主存，而成本又与辅存相近，从而形成多层次的存储系统。虚拟存储器已经成为计算机系统中非常重要的组成部分。 虚拟存储器由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理，其工作过程包括如下6个步骤。

（1）中央处理器将访问主存的逻辑地址分解成组号a和组内地址b,并对组号a进行地址变换。即将逻辑组号a作为索引查找地址变换表，以确定该组信息是否存放在主存内。 （2）如该组号已在主存内，则转而执行（4）；如果该组号不在主存内否则检查主存中是否有空闲区。如果没有，将某个暂时不用的组调出送往辅存，以便将这组信息调入主存。 （3）从辅存读出所要的组，并送到主存空闲区，然后将那个空闲的物理组号a和逻辑组号a登录在地址变换表中。

（4）从地址变换表中读出与逻辑组号a对应的物理组号a. （5）从物理组号a和组内字节地址b得到物理地址。 （6）根据物理地址从主存中存取所需的信息。 虚拟存储器的调度方式有分页式、段式及段页式3种。

（1）页式调度：将逻辑和物理地址空间都分成固定大小的页，主存按页顺序编号，而每个独立编址的程序空间有自己的页号顺序。通过调度辅存中程序的各页可以离散装入主存中不同的页面位置，并可据表一一对应检索。该方式的优点是页内零头小、页表对程序员透明、地址变换快且调入操作简单；缺点是各页不是程序的独立模块，不便于实现程序和数据

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的保护。

（2）段式调度：按程序的逻辑结构划分地址空间，段的长度是随意的，并且允许伸长。其的优点是消除了内存零头，易于实现存储保护且便于程序动态装配；缺点是调入操作复杂。 （3）段页式调度：把物理空间分成页，程序按模块分段，每个段再分成与物理空间页同样小的页面。该方式综合了段式和页式的优点，其缺点是增加了硬件成本，软件也较复杂。大型通用计算机系统多数采用段页式调度。

虚拟存储器地址变换有3种形式，即全联想变换、直接变换和组联想变换，任何逻辑空间页面能够变换到物理空间任何页面位置的方式称为\全联想变换\每个逻辑空间页面只能变换到物理空间一个特定页面的方式称为\直接变换\组联想变换\指各组之间是直接变换，而组内各页间则是全联想变换。

替换规则用来确定替换主存中的哪一部分，以便腾空部分主存，存放来自辅存要调入的内容。常见的替换算法有4种，一是随机算法，即用软件或硬件随机数产生器确定替换的页面；二是先进先出：先调入主存的页面先替换；三是近期最少使用算法，即替换最长时间不用的页面；四是最优算法，即替换最长时间以后才使用的页面，这是理想化的算法，它只能作为衡量其他各种算法优劣的标准。

虚拟存储器的效率是系统性能评价的重要内容，它与主存容量、页面大小、命中率，程序局部性和替换算法等因素有关。

2. 相联存储器（Associative Memory）

也称为\按内容访问存储器\（Content Addressed Memory），它是一种不根据地址而根据存储内容来存取的存储器。写入信息时按顺序写入，不需要地址；读出时要求中央处理单元给出一个相联关键字，用其与存储器中所有单元中的一部分信息比较。如相等，则将

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此单元中余下的信息读出。这是实现存储器并行操作的一种有效途径，特别适合于信息的检索和更新。

3. 高速缓冲存储器

（Cache）位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器，其中存储频繁访问的RAM中的内容及其存储地址，当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检查是否存有该地址。如果存有，则将数据返回处理器；否则访问常规存储器。因为Cache总是比主RAM 存储器速度快，所以当 RAM 的访问速度低于微处理器的速度时通常使用这种存储器。

4. 随机访问存储器（Random Access Memory , RAM）

存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取速度与存储单元的位置无关的存储器。当机器电源关闭后其中的数据就会丢失。

1.2.6 例题6

1.2 例题分析

例题6（软件评测师2007年5月上午第2题）在CPU与主存之间设置高速缓冲存储器 Cache 的目的是为了（6） . （6）A.扩大主存的存储容量 B.提高 CPU 对主存的访问效率 C.既扩大主存容量又提高存取速度 D.提高外存储器的速度 答案：B 例题6分析

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本题考查Cache的作用。

Cache的出现基于两种因素，首先是由于CPU的速度和性能提高很快，而主存速度较低且价格高；其次是程序执行的局部性特点。因此才将速度比较快而容量有限的SRAM构成Cache,目的在于尽可能发挥CPU的高速度。

由于主存容量远大于高速缓存的容量，因此二者之间必须按一定的规则对应，高速缓存的地址镜像指按何种规则把主存块装入高速缓存中。地址变换指当按某种镜像方式把主存块装入高速缓存后，每次访问高速缓存时如何把主存的物理地址或虚拟地址变换成高速缓存的地址，从而访问高速缓存中的数据。镜像和变换的方式有4种，即直接、全相连、组相连和区段相连镜像。

Cache中的内容随命中率的降低需要经常替换新的内容，常用的替换算法有先进后出（FILO）算法、随机替换（RAND）算法、先进先出（FIFO）算法和近期最少使用（LRU）算法等。这些替换算法各有优缺点，其中近期最少使用（LRU）算法的命中率最高。 本题选项中扩大主存的存储容量及提高外存储器的速度都不是Cache的作用，它存在于CPU 与主存之间，主要作用是提高 CPU 对主存的访问效率。

1.2.7 例题7

1.2 例题分析

例题7（软件评测师2008年5月上午第3题）内存按字节编址，地址从 90000H 到 CFFFFH,若用存储容量为 16K×8bit 的存储器芯片构成该内存，至少需要 （7） 片。 （7）A.2 B.4 C.8 D.16 答案：D 例题7分析

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本题考查存储器容量计算。

内存按字节编址，地址为90000H~CFFFFH时，存储单元数为

CFFFFH-90000H=3FFFFH,即3FFFFH×8bit.若存储芯片的容量为16K×8bit,则需3FFFFH/16K=16片芯片组成该内存。

1.2.8 例题8

例题8（软件评测师2005年5月上午第1~2题)在计算机中，最适合进行数字加减运算的数字编码是 （8） ,最适合表示浮点数阶码的数字编码是 （9） . （8）A.原码 B.反码 C.补码 D.移码 （9）A.原码 B.反码 C.补码 D.移码 答案：（8）C（9）D 例题8分析

本题考查计算机数字编码。计算机中常用的数字编码如下。 （1）原码

原码是一种计算机中数字的二进制表示方法，其表示法在数值前面增加了一位符号位（即最高位为符号位），该位为0表示正数；该位为1表示负数，其余位表示数值的大小。 原码的优点是简单直观，如用8位表示一个数，则+11的原码为00001011,-11的原码就是10001011.用带符号位的原码执行乘除运算时结果正确的，但在加减运算时出现问题。如在十进制中1+（-1）=0,而在二进制原码中00000001+10000001=10000010,换算成十进制为-2,显然错误。两个正数的加法运算没有问题，问题出现在带符号位的负数上。 （2）反码

正整数的反码是其自身，而负整数的反码可以通过对其绝对值逐位求反得到。在反码表

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示法中符号位为是0表示正数；为1表示负数，如： [+7]反= 0 0000111 B [-7]反= 1 1111000 B

需要注意的是数值0的反码也有两种形式，有+0和-0之分，即： [+0]反=00000000B [- 0]反=11111111B （3）补码

数值的补码表示分为两种情况，一是正数的补码，它与原码相同，如+9的补码是00001001;二是负数的补码，符号位为1,其余位为该数绝对值的原码按位取反，然后整个数加1.例如：求-7的补码，首先可以确定符号位为1,然后得到-7的绝对值的原码为0000111,再按位取反得到1111000,加上符号位以后为11111000,最后加1后得到11111001,所以-7的补码是11111001.

设计补码的目的是使符号位能与有效值部分一起参加运算，从而简化运算规则；同时减法运算转换为加法运算，进一步简化计算机中运算器的线路设计。 （4）移码

移码（又称为\增码\）是符号位取反的补码，一般用做浮点数的阶码，引入目的是为了保证浮点数的机器零为全0.

移码与补码的关系是符号位互为反码，如若X=+1011,[X]补=01011,[X]移=11011;若X=-1011,[X]补=10101,[X]移=00101.

1.2.9 例题9

1.2 例题分析

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例题9（软件评测师2008年5月上午第2题）现有4级指令流水线，分别完成取指、取数、运算和传送结果4步操作。若完成上述操作的时间依次为 9ns、10ns、6ns及8ns,则流水线的操作周期应设计为 （10） ns. （10）A.6 B.8 C.9 D.10 答案：D 例题分析：

本题考查流水线的工作原理。

流水线的基本原理是把一个重复的过程分解为若干个子过程，前一个子过程为下一个子过程创造执行条件，每一个过程可以与其他子过程同时进行。流水线各段执行时间最长的一段为整个流水线的瓶颈，一般将其执行时间称为\流水线的周期\

1.2.10 例题10

例题10（软件评测师2007年5月上午第3题）下面的描述中， （11） 不是 RISC 设计应遵循的设计原则。

（11）A.指令条数应少一些 B.寻址方式尽可能少

C.采用变长指令，功能复杂的指令长度长而简单指令长度短 D.设计尽可能多的通用寄存器 答案：C 例题分析：

本题考查RISC的概念。

RISC（reduced instruction set computer,精简指令集计算机）和CISC（Complex

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Instruction Set Computer,复杂指令集计算机）是目前设计制造微处理器的两种典型技术。早期的计算机部件比较昂贵、主频低且运算速度慢，为了提高运算速度，人们不得不将越来越多的复杂指令加入到指令系统中，以提高计算机的处理效率，从而逐步形成复杂指令集计算机体系。

Intel公司的X86系列CPU是典型的CISC体系的结构，从最初的8086到后来的Pentium系列，每一代新的CPU都会有自己新的指令。而为了兼容以前的CPU平台上的软件，旧的CPU的指令集又必须保留，从而使指令的解码系统越来越复杂。

CISC可以有效地减少编译代码中指令的数目，使取指操作所需要的内存访问数量达到最小化。此外CISC可以简化编译器结构，它在处理器指令集中包含了类似于程序设计语言结构的复杂指令。这些复杂指令减少了程序设计语言和机器语言之间的语义差别，而且简化了编译器的结构。

但是在CISC中很难实现指令流水操作，而且指令的时钟周期比较长。由于指令流水和短的时钟周期都是快速执行程序的必要条件，因此CISC体系结构对于高效处理器而言不太合适。

RISC是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80年代的MIPS主机。RISC微处理器不仅精简了指令系统，而且采用超标量和超流水线结构。由于指令数目只有几十条，所以大大增强了并行处理能力。如：1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器，而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构，这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。

RISC处理器是当今Unix领域64位多处理机的主流芯片，其特点一是由于指令集简化后，所以流水线及常用指令均可用硬件执行；二是采用大量的寄存器，使大部分指令操作都

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在寄存器之间进行，提高了处理速度；三是采用缓存-主机-外存三级存储结构，使取数与存数指令分开执行。处理器可以完成尽可能多的工作，并且不因从存储器存取信息而放慢处理速度。

由于RISC处理器指令简单、采用硬布线控制逻辑、处理能力强且速度快，所有世界上大部分Unix工作站和服务器厂商均采用RISC芯片制作CPU.例如，原DEC的Alpha21364、IBM的Power PC G4、HP的PA-8900、SGI的R12000A和SUN Microsystem公司的Ultra SPARC系列等。

RISC 和CISC都试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出平衡，以求达到高效的目的，但采用的方法不同，其差异表现在以下几个方面。 （1）指令系统：RISC设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使其具有简单高效的特色。不常用的功能则通过组合指令来完成。因此在RISC 机器上实现特殊功能时效率可能较低，但可以利用流水和超标量技术加以改进和弥补；CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能，因此处理特殊任务效率较高。

（2）存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC 机器的存储器操作指令多，并且操作直接。

（3）程序：RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；CISC 汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序社设计相对容易，效率较高。

（4）中断：RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC机器是在一条指令执行结束后响应中断。

（5）CPU:RISC CPU 包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；CISC CPU 包含

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有丰富的电路单元，因而功能强、面积大且功耗大。

（6）设计周期：RISC微处理器结构简单、布局紧凑、设计周期短，且易于采用最新技术；CISC微处理器结构复杂，设计周期长。

（7）用户使用：RISC微处理器结构简单、指令规整、性能容易把握且易学易用；CISC微处理器结构复杂且功能强大，实现特殊功能容易。

（8）应用范围：由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，故RISC 机器更适合于专用机；CISC 机器则更适合于通用机。

1.2.11 例题11

1.2 例题分析

例题11（软件评测师2007年5月上午第4题）

系统响应时间和作业吞吐量是衡量计算机系统性能的重要指标。对于一个持续处理业务的系统而言，其 （12） .

（12）A. 响应时间越短，作业吞吐量越小 B. 响应时间越短，作业吞吐量越大 C. 响应时间越长，作业吞吐量越大 D. 响应时间不会影响作业吞吐量 答案：B 例题分析：

本题考查计算机系统性能指标的概念。

吞吐量指在单位时间内中央处理器（CPU）从存储设备读取、处理、存储信息的量。影响吞吐量因素如下。

1）存储设备的存取速度：即从存储器读出数据或数据写入存储器所需的时间。 2）CPU性能：包括时钟频率，即每条指令所用的时钟周期数（CPI），以及指令条数。

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3）系统结构：如并行处理结构可增大吞吐量。

本题中系统响应时间与作业吞吐量的关系为响应时间越短，作业吞吐量越大。

1.2.12 例题12

例题12（软件评测师2006年5月上午第3题）

若某计算机系统是由500个元器件构成的串联系统，且每个元器件的失效率均为10-7/H,在不考虑其他因素对可靠性的影响时，该计算机系统的平均故障间隔时间为（13）小时。

（13）A.2×104 B.5×104 C.2×105 D.5×105 答案：A 例题分析：

本题考查平均故障间隔时间的计算。

500个元器件构成串联系统以后的失效率为500×10-7/H,平均故障间隔时间等于失效率的倒数，即1/（500×10-7）= 2×104 .

1.2.13 例题13

1.2 例题分析

例题13（软件评测师2005年5月上午第4~6题）

操作数所处的位置可以决定指令的寻址方式，操作数包含在指令中，寻址方式为 （14） ;操作数在寄存器中，寻址方式为 （15） ;操作数的地址在寄存器中，寻址方式为 （16） . （14）A.立即寻址 B.直接寻址 C.寄存器寻址 D.寄存器间接寻址 （15）A.立即寻址 B.相对寻址

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C.寄存器寻址 D.寄存器间接寻址 （16）A.相对寻址 B.直接寻址 C.寄存器寻址 D.寄存器间接寻址 答案： （14）A（15）C（16）D 例题分析：

本题考查寻址方式的概念。

寻址方式是查找操作数或操作数地址的方式，常见的有以下几种。 （1）立即数寻址方式

操作数直接存放在指令中，紧跟在操作码之后的寻址方式是立即数寻址方式，如MOV AX,2345H.

（2）寄存器寻址方式

操作数存放在CPU的内存寄存器时可在指令中指出寄存器名，如MOV AX,BX. （3）存储器寻址方式

操作数存放在存储器RAM的某个单元中，根据确定操作数地址的不同方法又分为如下5种。

直接寻址：指令中给出的地址码即为操作数的有效地址，就是直接寻址方式。例如， MOV AX,[2000H].

寄存器间接寻址：操作数的地址存放在寄存器中，如MOV AX,[BX].

寄存器相对寻址：以指定的寄存器内容，加上指令中给出的位移量（8位或16位），并以一个段寄存器为基准作为操作数的地址。指定的寄存器一般是一个基址寄存器或变址寄存器，如MOV AX,COUNT[SI],其中COUNT为位移量的符号地址。

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基址加变址寻址：把一个基址寄存器BX或BP的内容加上变址寄存器SI或DI的内容，并以一个段寄存器作为地址基准作为操作数的地址。例如，MOV AX,[BX][DI].

相对基址加变址寻址：在基址加变址寻址方式的基础上再增加一个位移量，如MOV AX,MASK[BX][SI].

1.3 同步练习

练习1 计算机的用途不同，对其部件的性能指标要求也有所不同。以科学计算为主的计算机，对 （1） 要求较高，而且应该重点考虑 （2） . （1）A.外存储器的读写速度 B.主机的运算速度 C.I/O设备的速度 D.显示分辨率

（2）A.CPU的主频和字长，以及内存容量B.硬盘读写速度和字长 C.CPU的主频和显示分辨率D.硬盘读写速度和显示分辨率

练习2 在计算机体系结构中，CPU 内部包括程序计数器 PC、存储器数据寄存器 MDR、指令寄存器IR和存储器地址寄存器 MAR 等。若 CPU 要执行的指令为：MOVR0, #100（即将数值100传送到寄存器 R0 中），则 CPU 首先要完成的操作是 （3） . （3）A.100→R0B.100→MDR C.PC→MARD.PC→IR

练习3 处理机主要由处理器、存储器和总线组成，总线包括 （4） .

（4）A.数据总线、地址总线、控制总线 B.并行总线、串行总线、逻辑总线 C.单工总线、双工总线、外部总线 D.逻辑总线、物理总线、内部总线 练习4 在计算机系统中，存取速度最快的是（5） . （5）A.CPU内部寄存器 B.计算机的高速缓存Cache C.计算机的主存 D.大容量磁盘

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练习5 如果主存容量为16 MB字节，且按字节编址，表示该主存地址至少应需要（6）位。

（6）A.16 B.20 C.24 D.32

练习6 3个可靠度R均为0.8的部件串联构成一个系统，如下图所示。 则该系统的可靠度为 （7） .

（7）A.0.240 B.0.512 C.0.800 D.0.992 练习7 在计算机系统中，构成虚拟存储器 （6） .

（8）A.只需要一定的硬件资源便可实现 B.只需要一定的软件即可实现 C.既需要软件也需要硬件方可实现 D.既不需要软件也不需要硬件

1.4 同步练习解析

答案：

（1）~（2）主要考查计算机的技术指标，常用的技术指标如下。

1）字长：指参与一次运算的数的位数，字长主要影响计算机精度和运算速度。它总是8的整数倍，目前计算机字长一般为32位或64位。

2）主频：计算机中CPU的时钟频率，单位是兆赫兹（MHZ）。

3）运算速度：计算机每秒所能执行指令的数目，是衡量CPU工作快慢的指标。通常以每秒完成多少次运算来衡量（每秒百万条指令数，即MIPS），这个指标不但与CPU的主频有关，还与内存、硬盘等工作速度，以及字长有关。

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4）存储容量：是衡量计算机存储能力的指标。容量越大，可保存的字数越多，能直接存储的程序越长，计算机计算的能力和规模也就越强。存储容量包括主存容量和辅存容量。 5）存储周期：存储器执行一次完整的存取操作所需要的时间。

6）输入输出数据传输率：主机与外设交换数据的速度，提高该传输率可以显着提升计算机系统的整体性能。

7）可靠性：计算机连续无故障运行时间的长短，可靠性好，表示无故障运行时间长。 本题描述的以科学计算为主的计算机对主机的运算速度要求较高，因此应该考虑CPU的主频和字长，以及内存容量等指标。

（3）考查计算机基本工作原理，CPU中的程序计数器（PC）用于保存要执行指令的地址，访问内存时，首先将内存地址送入存储器地址寄存器（MAR）中，向内存写入数据时待写入的数据要首先放入数据寄存器（MDR）中。程序中的指令一般放在内存中，执行时首先要访问内存取得指令并保存在指令寄存器（IR）中。

计算机中指令的执行过程一般分为取指令、分析指令、获取操作数、运算和传送结果等阶段。若CPU要执行的指令为MOV R0, #100（即将数值100传送到寄存器R0中），则CPU首先要完成的操作是将要执行指令的地址送入程序计数器，访问内存以获取指令。 （4）考查总线的分类，可参照例题4的分析。总线按不同角度可分为数据总线、地址总线和控制总线；单工总线、双工总线；并行总线合串行总线，以及同步总线和异步总线等。 （5）考查存储器的存取速度，本题选项中存取速度由快到慢分别为CPU内部寄存器、高速缓存Cache、主存和大容量磁盘。

（6）考查存储容量的计算，16MB=16×1024×1024 Bit=224,因此地址至少需要24位。

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（7）考查可靠度的计算，串联系统的可靠度等于各系统可靠度的乘积，因此本题R=0.8×0.8×0.8=0.512.

（8）考查虚拟存储器的概念，可参照例题5的分析。虚拟存储器由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理。

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