一、选择题
1．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( )。[2009年统考]
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
【答案】C查看答案
【解析】首先，题干已经很明确地说明是在冯·诺依曼计算机中，所以就可以肯定指令和数据都是以二进制的形式混乱地存储在一个存储器中，这样就无法通过指令和数据所在的存储单元来区分是指令还是数据，故排除D项。CPU只有在确定取出的是指令之后，才会将其操作码部分送去译码，因此不可能依据译码的结果来区分指令和数据，故排除A项。仅仅根据寻址方式来判断取出的是指令还是数据，显然不行，故排除B项。
完成一条指令可分为取指阶段和其他阶段(执行、间址、中断等等)，CPU可以根据指令周期的不同阶段来区分是指令还是数据，通常在取指阶段取出的是指令，其他阶段取出的都是数据。
2．假设基准程序A在某计算机上的运行时间为l00s，其中90s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( )。[2012年统考]
A．55s
B．60s
C．65s
D．70s
【答案】D查看答案
【解析】首先，需要计算CPU速度提高之后的CPU时间，即90/(1+50％)=60s，而I/O时间为10s是不变的，所以运行基准程序A所耗费的时间是60s+10s=70s。
3．下列选项中，描述浮点数操作速度指标的是( )。[2011年统考]
A．MIPS
B．CPI
C．IPC
D．MFLOPS
【答案】D查看答案
【解析】IPC表示CPU的每一个时钟周期内所执行的指令数，其他计算机的性能指标如下：
①吞吐量：指系统在单位时间内处理请求的数量；
②响应时间：响应时间指从提交作业到该作业得到CPU响应所经历的时间。响应时间越短吞吐量越大；
③主频：主频是机器内部主时钟的频率，是衡量机器速度的重要参数，常用单位：Hz、MHz等。如主频为8MHz，则可以计算出时钟周期为l/(8×106)s=1.25×10-7s(即每秒有8M个时钟周期)；
④CPU周期：CPU周期又称为机器周期，通常用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。一个指令周期常由若干个CPU周期构成；
⑤CPU时钟周期：主频的倒数，是CPU中最小的时间元素；
⑥CPI、MIPS、FLOPS和MFLOPS(三者为衡量运算速度的指标)
CPI(Clock Cycle Per Instruction)：执行一条指令所需要的时钟周期数。
MIPS(Million Instructions Per Second)：每秒可执行的百万条指令数，如某机器每秒可以执行800万条指令，则记作8MIPS。
FLOPS(Floating-point Operations Per Second)：每秒执行的浮点运算次数。
MFLOPS(Million Floating-point Operations Per Second)：每秒百万次浮点运算，和MIPS一样理解。
⑦CPU执行时间：CPU执行时间是指CPU对某特定程序的执行时间。
4．微机A和B是采用不同主频的CPU芯片，片内逻辑电路完全相同。若A机的CPU主频为8MHz，B机为12MHz，A机的平均指令执行速度为0.4MIPS，B机的平均指令执行速度为（ ）。
A．0.8MIPS
B．0.6MPIS
C．1.0MPIS
D．0.4MPIS
【答案】B查看答案
【解析】A机的CPU时钟周期等于1÷8MHz=0.125μs，所以A机的平均指令周期等于1÷0.4MIPS=2.5μs，A机平均每条指令的时钟周期数等于2.5μs÷0.125μs=20，微机A和B片内逻辑电路完全相同，所以B机平均每条指令的时钟周期数也为20。
B机的CPU主频为12MHz，所以B机的CPU时钟周期等于1÷12MHz=B机的平均指令周期等于20×，B机的平均指令执行速度MIPS=0.6MIPS。
5．用于科学计算的计算机中，标志系统性能的主要参数是( )。
A．主时钟频率
B．主存容量
C．MFLOPS
D．MIPS
【答案】C查看答案
【解析】A和B越大越有利于提高计算机性能，但并不是标志性能的主要参数。不同频率或者主存容量的计算机如果运行不同的程序，高频率或大主存的计算机并不是一定能够获得好的性能。MFLOPS每秒执行百万条浮点指令条数(Million Float Instruction Per Second)，它是用来描述计算机浮点性能的，而用于科学计算的计算机主要是看重浮点运算、处理的性能如何，故选C。MIPS是每秒执行百万条指令条数(Million Instruction Per Second)，它是用来描述一般的计算机系统性能的，并不同于专用于科学计算的评价标准。
6．下列说法最正确的是( )。
A．电子计算机和以前任何计算工具的根本区别是存储程序控制
B．电子计算机和以前任何计算工具的根本区别是它由电子元器件组成
C．电子计算机和以前任何计算工具的根本区别是它的速度快
D．电子计算机和以前任何计算工具的根本区别是它的精度高
【答案】A查看答案
【解析】冯·诺依曼计算机体系结构的基本思想是：存储程序控制。它工作方式的基本特点就是程序以二进制代码的形式存放在存储器中；所有的指令都是由操作码和地址码组成；指令在其存储过程中按照执行的顺序；以运算器和控制器作为计算机结构的中心等。
7.CPU是指( )。
A．运算器
B．控制器
C．运算器、控制器和Cache
D．运算器、控制器和主存储器
【答案】C查看答案
【解析】在现代计算机中，CPU包括运算器、控制器和高速缓冲存储器；主机包括存储器；而计算机硬件系统则包括输入，输出设备；最后计算机系统还包括软件系统。这几个概念很容易混淆。也就是说主机、计算机只是一台裸机。要让它工作，还需要加上程序部分。还需要注意：这里的Cache一般是指一级Cache。
8．存储字长是指（ ）。
A．存放在一个存储单元中的二进制代码组合
B．存放在一个存储单元中的二进制代码位数
C．存储单元的个数
D．机器指令的位数
【答案】B查看答案
【解析】一个存储单元可存储一串二进制代码。这串二进制代码的位数称为存储字长。存储器的容量=存储单元个数×存储字长。机器字长是指CPU一次能处理的二进制数据的位数；指令字长指一条指令的二进制代码位数。
9．在下列四句话中，最能准确反映计算机主要功能的是（ ）。
A．计算机可以存储大量信息
B．计算机能代替人的脑力劳动
C．计算机是一种信息处理机
D．计算机可实现高速运算
【答案】C查看答案
【解析】计算机是进行数据运算、数据存储、数据传输和数据控制等功能的机器。这些都属于信息处理。信息处理包括了存储信息、运算等。
10．计算机中的所有信息以二进制形式表示的理由是( )。
A．使用、处理方便
B．运算速度快
C．物理器件性能决定
D．节约电子元件
【答案】C查看答案
【解析】计算机中的所有信息以二进制形式表示主要有以下几个原因：
①技术实现简单：计算机是由逻辑电路组成，逻辑电路通常只有两个状态，开关的接通与断开，这两种状态正好可以用"1"和"0"表示。
②简化运算规则：两个二进制数和、积运算组合各有三种，运算规则简单，有利于简化计算机内部结构，提高运算速度。
③适合逻辑运算：逻辑代数是逻辑运算的理论依据，二进制只有两个数码，正好与逻辑代数中的"真"和"假"相吻合。
④易于进行转换，二进制与十进制易于互相转换。
⑤用二进制表示数据具有抗干扰能力强，可靠性高等优点。因为每位数据只有高低两个状态，当收到一定程度的干扰时，仍能可靠地分辨出它是高还是低。
但主要是物理器件性能决定的。
二、填空题
______是指虚拟机的指令系统由宿主机的______解释，而______则是指目标机的指令系统由宿主机的______解释。
【答案】模拟；指令系统；仿真；微程序查看答案
【解析】宿主机是指安装虚拟机软件的计算机，而目标机是指除宿主机、虚拟机外的网络上的第三方机器。指令系统中的每一条指令都是由一段微程序来实现的。模拟是指用一台真实的计算机实现设想的程序，而仿真则是用一台真实的计算机实现另一台真实计算机上的程序。
三、简答题
1．什么是CPU？什么是主机？什么是外围设备？
答：在计算机的各个基本部件中，通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器(CPU)。
通常把CPU、存储器和输入/输出接口电路合在一起构成的处理系统称为主机，因为这些部件都是数字电路的部件，可以集成在一块集成电路板上。
输入/输出设备一般包含一些机械部件等难以与主机集成的部件，所以通常与主机分离，放在主机或者主机电路板之外，称为外围设备，又称I/O设备。
2．什么是存储器的容量？什么是数据字和指令字？
答：存储器的容量就是存储器中可存储的信息数量，它是衡量存储器存储数据量多少的一个指标；可以以字节为单位，也可以以字为单位；
数据的存储一般是以字为单位进行的。如果存储的字是计算机运算操作的对象，则称其为数据字；
如果存储的字是计算机的指令或指令的一部分，则称其为指令字。
3．解释虚拟机的含义。
答：虚拟机指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。对于用户来说，虚拟机只是运行在物理计算机上的一个应用程序，而对于在虚拟机中运行的应用程序而言，它就是一台真正的计算机。虚拟机并不等同与虚拟系统，虚拟机需要模拟底层的硬件指令，所以在应用程序运行速度上比虚拟系统慢得多。
4．能否说机器的主频最快，机器的速度就最快?为什么?
答：主频是衡量一台计算机速度的重要参数，但不是绝对参数，计算机执行程序速率不仅与机器速率有关，还与其他诸多因素有关：比如主存容量，数据通路宽度，程序本身，甚至外围设备速度等。
5．如何区分存储器中存储的数据和程序?
答：在计算机存储程序中，指令和数据都以二进制的形式存储在存储器中。从存储器中存储的内容本身看不出它是指令还是数据，因为它们都是二进制代码。区分它们主要靠CPU的读取周期。
计算机在读取指令时把从存储器中读到的信息看作是指令，而在读取数据时则把从存储器中读到的信息看作是操作数，所以为了不产生混乱，在软件的编制中要注意区分存储器中的信息是程序还是数据。特别是在汇编程序设计时，用高级语言设计程序一般不会产生上述问题。有些计算机程序是专门对程序进行操作的，如编译程序和汇编程序，所以指令也可以是计算机的操作对象。有时把存储在计算机中的指令和数据统称为数据，因为它们都是存储在存储器中的二进制代码，都可以作为指令的操作对象。
6．计算机的主要性能指标用哪几个参数衡量，简述这些指标。
答：衡量计算机的性能指标主要有以下参数：
基本字长：是指参与运算的数的基本位数，它由加法器、寄存器和数据总线的位数决定。字长标志着精度，字长越长，计算的精度就越高。
主频：主时钟的频率通常是机器的主频率，它是衡量一台计算机速度的重要参数。
主存容量：计算机主存储器所能够存储的全部信息总量，是主存容量。主存容量越大，计算机执行程序的速度越快。
数据通路宽度：数据总线一次所能够并行传输的数据位数，称为数据通路宽度。数据通路越宽，数据的传输能力越强，计算机的处理效率越高。CPU内部的数据通路宽度一般等于基本字长，而外部数据通路宽度则取决于系统总线。
运算速度：运算速度主要用MIPS来衡量，它反映计算机运算指令的快慢程度。
7．按照冯·诺依曼原理，现代计算机应该具备哪些功能？
答：按照冯·诺依曼原理，现代计算机应该具有如下功能：
输入／输出功能：计算机必须有能力把原始数据和解题步骤输入给计算机，并且把计算结果以及计算过程中出现的情况输出给使用者。
记忆功能：能够存储记忆数据、过程及结果。
计算功能：能够进行基本计算，并利用基本计算功能完成人们所需要的一切运算。
判断功能：计算机在操作前，应能够选择操作方案。
自我控制功能：计算机应能够保证程序执行的正确性和各部件之间的协调性。