計算機組成原理與操作系統(tǒng)習題集

計算機組成原理與操作系統(tǒng)習題集姓名_________________________地址_______________________________學號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.計算機組成原理

1.1CPU的時鐘頻率是指什么？

A.CPU完成一個時鐘周期的時間

B.CPU每秒執(zhí)行指令的數(shù)量

C.CPU的核心數(shù)量

D.CPU的制造工藝

1.2計算機中的存儲器分為哪幾類？

A.內存儲器和外存儲器

B.只讀存儲器（ROM）和隨機存取存儲器（RAM）

C.寄存器、緩存和主存儲器

D.以上都是

1.3什么是馮·諾依曼結構？

A.計算機中存儲器統(tǒng)一編址

B.計算機采用二進制進行數(shù)據(jù)表示

C.計算機采用馮·諾依曼算法進行計算

D.以上都是

1.4下列哪項不是計算機組成原理中的總線？

A.數(shù)據(jù)總線

B.地址總線

C.控制總線

D.網絡總線

1.5什么是流水線技術？

A.將指令執(zhí)行過程分解為多個步驟，每個步驟由不同的處理器執(zhí)行

B.優(yōu)化指令執(zhí)行，提高CPU的吞吐量

C.通過并行處理提高計算機功能

D.以上都是

1.6什么是Cache？

A.高速緩存，用于存放頻繁訪問的數(shù)據(jù)

B.高速存儲器，用于臨時存儲程序和數(shù)據(jù)

C.外部存儲器，用于永久存儲數(shù)據(jù)

D.以上都不對

1.7什么是虛擬存儲器？

A.硬盤虛擬存儲，通過將部分數(shù)據(jù)移動到硬盤來擴充內存

B.軟件虛擬存儲，通過軟件實現(xiàn)內存擴充

C.硬件虛擬存儲，通過硬件實現(xiàn)內存擴充

D.以上都是

1.8什么是DMA？

A.直接內存訪問，通過硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)在內存和I/O設備之間的直接傳輸

B.直接內存訪問，通過軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)在內存和I/O設備之間的直接傳輸

C.硬件內存訪問，通過硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)在內存和I/O設備之間的傳輸

D.軟件內存訪問，通過軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)在內存和I/O設備之間的傳輸

2.操作系統(tǒng)

2.1操作系統(tǒng)的主要功能是什么？

A.管理計算機硬件資源

B.提供用戶界面

C.執(zhí)行應用程序

D.以上都是

2.2進程與線程有什么區(qū)別？

A.進程是資源分配的基本單位，線程是執(zhí)行運算的基本單位

B.進程是并行執(zhí)行的基本單位，線程是順序執(zhí)行的基本單位

C.進程是用戶交互的基本單位，線程是系統(tǒng)調用的基本單位

D.以上都不對

2.3什么是進程調度？

A.確定哪個進程將在CPU上運行

B.管理進程的執(zhí)行順序

C.調度進程的執(zhí)行時間

D.以上都是

2.4下列哪項不是操作系統(tǒng)的內存管理技術？

A.分區(qū)管理

B.分頁管理

C.虛擬存儲管理

D.網絡存儲管理

2.5什么是虛擬內存？

A.硬盤虛擬存儲，通過將部分數(shù)據(jù)移動到硬盤來擴充內存

B.軟件虛擬存儲，通過軟件實現(xiàn)內存擴充

C.硬件虛擬存儲，通過硬件實現(xiàn)內存擴充

D.以上都是

2.6什么是文件系統(tǒng)？

A.管理存儲設備上文件的數(shù)據(jù)結構

B.管理存儲設備上文件的數(shù)據(jù)訪問控制

C.管理存儲設備上文件的存儲空間

D.以上都是

2.7什么是死鎖？

A.進程之間相互等待對方釋放資源

B.進程之間相互等待對方完成操作

C.進程之間相互等待對方進入臨界區(qū)

D.以上都不對

2.8什么是同步？

A.保證多個進程或線程按照預定順序執(zhí)行

B.保證多個進程或線程在同一時刻執(zhí)行

C.保證多個進程或線程共享同一資源

D.以上都不對

答案及解題思路：

1.1答案：A。解題思路：時鐘頻率是指CPU完成一個時鐘周期的時間，通常以Hz（赫茲）為單位。

1.2答案：D。解題思路：計算機中的存儲器分為內存儲器（如RAM、ROM）和外存儲器（如硬盤、U盤）。

1.3答案：D。解題思路：馮·諾依曼結構是指計算機中存儲器統(tǒng)一編址、二進制表示數(shù)據(jù)以及采用馮·諾依曼算法進行計算。

1.4答案：D。解題思路：總線是計算機系統(tǒng)中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，包括?shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。

1.5答案：D。解題思路：流水線技術通過將指令執(zhí)行過程分解為多個步驟，每個步驟由不同的處理器執(zhí)行，以提高CPU的吞吐量。

1.6答案：A。解題思路：Cache是一種高速緩存，用于存放頻繁訪問的數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)訪問速度。

1.7答案：A。解題思路：虛擬存儲器通過將部分數(shù)據(jù)移動到硬盤來擴充內存，以提高內存的利用率。

1.8答案：A。解題思路：DMA（直接內存訪問）是一種通過硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)在內存和I/O設備之間的直接傳輸技術。

2.1答案：D。解題思路：操作系統(tǒng)的主要功能包括管理計算機硬件資源、提供用戶界面、執(zhí)行應用程序等。

2.2答案：A。解題思路：進程是資源分配的基本單位，線程是執(zhí)行運算的基本單位。

2.3答案：D。解題思路：進程調度是確定哪個進程將在CPU上運行，管理進程的執(zhí)行順序，調度進程的執(zhí)行時間等。

2.4答案：D。解題思路：網絡存儲管理不是操作系統(tǒng)的內存管理技術。

2.5答案：A。解題思路：虛擬內存是通過將部分數(shù)據(jù)移動到硬盤來擴充內存。

2.6答案：D。解題思路：文件系統(tǒng)是管理存儲設備上文件的數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)訪問控制以及存儲空間。

2.7答案：A。解題思路：死鎖是進程之間相互等待對方釋放資源。

2.8答案：A。解題思路：同步是保證多個進程或線程按照預定順序執(zhí)行。

：二、填空題1.計算機組成原理

1.1CPU由控制器、運算器和寄存器組成。

1.2計算機中的存儲器分為內存儲器、外存儲器和高速緩存。

1.3馮·諾依曼結構的特點是存儲程序控制、程序順序執(zhí)行、數(shù)據(jù)存儲和指令存儲。

1.4總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。

1.5流水線技術可以提高指令吞吐率。

1.6Cache的目的是減少CPU訪問主存的次數(shù)，提高數(shù)據(jù)處理速度。

1.7虛擬存儲器是主存儲器和輔助存儲器的集合。

1.8DMA可以成批傳輸數(shù)據(jù)，而不需要CPU的干預。

2.操作系統(tǒng)

2.1操作系統(tǒng)的主要功能包括進程管理、存儲管理、文件管理和設備管理。

2.2進程與線程的主要區(qū)別在于進程是資源的分配單位，線程是CPU調度的基本單位。

2.3進程調度的主要目的是提高CPU的利用率。

2.4內存管理技術包括分區(qū)管理、分頁管理和分段管理。

2.5虛擬內存可以擴大程序可使用的內存空間。

2.6文件系統(tǒng)的主要功能是存儲和檢索信息。

2.7死鎖是指多個進程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象。

2.8同步是指保證多個進程按一定的順序執(zhí)行，以避免出現(xiàn)不可預知的結果。

答案及解題思路：

1.計算機組成原理

1.1答案：控制器、運算器、寄存器

解題思路：CPU是計算機的核心，由控制器、運算器和寄存器三個主要部分組成，它們分別負責指令的解析執(zhí)行、數(shù)據(jù)的運算和臨時數(shù)據(jù)的存儲。

1.2答案：內存儲器、外存儲器、高速緩存

解題思路：存儲器是計算機中用于存放數(shù)據(jù)和指令的地方，分為內存儲器（RAM）、外存儲器（硬盤、光盤等）和高速緩存（Cache）。

1.3答案：存儲程序控制、程序順序執(zhí)行、數(shù)據(jù)存儲、指令存儲

解題思路：馮·諾依曼結構是計算機的基本結構，其特點包括存儲程序控制、程序順序執(zhí)行、數(shù)據(jù)存儲和指令存儲。

1.4答案：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線

解題思路：總線是計算機各部件之間傳輸數(shù)據(jù)的通道，分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。

1.5答案：指令吞吐率

解題思路：流水線技術通過將指令的執(zhí)行分解成多個階段，并使各階段重疊執(zhí)行，從而提高指令吞吐率。

1.6答案：減少CPU訪問主存的次數(shù)，提高數(shù)據(jù)處理速度

解題思路：Cache作為CPU和主存之間的緩沖區(qū)，其目的是減少CPU訪問主存的次數(shù)，提高數(shù)據(jù)處理速度。

1.7答案：主存儲器、輔助存儲器

解題思路：虛擬存儲器通過將部分數(shù)據(jù)從輔助存儲器轉移到主存儲器，以擴展程序可使用的內存空間。

1.8答案：成批傳輸數(shù)據(jù)，而不需要CPU的干預

解題思路：DMA（DirectMemoryAccess）允許數(shù)據(jù)在內存和I/O設備之間直接傳輸，而不需要CPU的干預，從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

2.操作系統(tǒng)

2.1答案：進程管理、存儲管理、文件管理、設備管理

解題思路：操作系統(tǒng)負責管理計算機的資源，包括進程、存儲、文件和設備，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和高效運行。

2.2答案：進程是資源的分配單位，線程是CPU調度的基本單位

解題思路：進程是操作系統(tǒng)中資源分配和獨立運行的基本單位，而線程是進程中的一個實體，是CPU調度的基本單位。

2.3答案：提高CPU的利用率

解題思路：進程調度通過合理安排進程的執(zhí)行順序，以提高CPU的利用率。

2.4答案：分區(qū)管理、分頁管理、分段管理

解題思路：內存管理技術包括分區(qū)管理、分頁管理和分段管理，它們分別用于解決內存分配、保護和共享等問題。

2.5答案：擴大程序可使用的內存空間

解題思路：虛擬內存通過將部分數(shù)據(jù)從硬盤映射到內存，從而擴大程序可使用的內存空間。

2.6答案：存儲和檢索信息

解題思路：文件系統(tǒng)負責存儲和檢索信息，為用戶和應用程序提供數(shù)據(jù)存儲和管理服務。

2.7答案：多個進程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象

解題思路：死鎖是進程間因資源爭奪而陷入的一種僵持狀態(tài)，各進程都在等待對方釋放資源，導致無法繼續(xù)執(zhí)行。

2.8答案：保證多個進程按一定的順序執(zhí)行，以避免出現(xiàn)不可預知的結果

解題思路：同步保證多個進程在執(zhí)行過程中，按照一定的順序和規(guī)則進行，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致和競爭條件等問題。三、判斷題1.計算機組成原理

1.1CPU的時鐘頻率越高，計算機的運行速度越快。（√）

解題思路：CPU的時鐘頻率越高，其指令執(zhí)行的周期越短，因此計算機的運行速度會越快。

1.2存儲器分為內存儲器和外存儲器兩種類型。（√）

解題思路：存儲器按其功能可以分為內存儲器（內存）和外存儲器（外存），內存用于臨時存儲數(shù)據(jù)和指令，外存用于長期存儲。

1.3馮·諾依曼結構是計算機的基本結構，具有五大組成部分。（√）

解題思路：馮·諾依曼結構包含五大基本組成部分：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。

1.4總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三種類型。（√）

解題思路：計算機中的總線主要分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，它們分別用于數(shù)據(jù)傳輸、地址定位和指令控制。

1.5流水線技術可以提高CPU的吞吐量。（√）

解題思路：流水線技術將指令執(zhí)行過程分解成多個階段，并在這些階段之間并行執(zhí)行，從而提高CPU的吞吐量。

1.6Cache可以提高CPU的訪問速度。（√）

解題思路：Cache是介于CPU和內存之間的高速緩存，它可以存儲經常被訪問的數(shù)據(jù)和指令，從而減少CPU對內存的訪問次數(shù)，提高訪問速度。

1.7虛擬存儲器可以擴展物理內存。（√）

解題思路：虛擬存儲器通過將內存與硬盤空間進行映射，使得應用程序可以使用比實際物理內存更大的內存空間。

1.8DMA可以減少CPU的負擔。（√）

解題思路：直接內存訪問（DMA）允許外部設備直接訪問內存，無需CPU介入，從而減輕CPU的負擔。

2.操作系統(tǒng)

2.1操作系統(tǒng)的主要功能包括進程管理、內存管理、文件管理和用戶接口。（√）

解題思路：操作系統(tǒng)是管理計算機硬件和軟件資源的基礎軟件，其功能涵蓋了進程管理、內存管理、文件管理和用戶接口等多個方面。

2.2進程與線程的主要區(qū)別在于并發(fā)性和共享性。（×）

解題思路：進程和線程的主要區(qū)別在于并發(fā)性和資源共享，線程是進程的執(zhí)行單元，擁有共享內存和資源。

2.3進程調度的主要目的是提高CPU的利用率。（√）

解題思路：進程調度旨在合理分配CPU時間，使CPU盡可能地被充分利用。

2.4內存管理技術包括固定分區(qū)、動態(tài)分區(qū)和虛擬存儲器。（√）

解題思路：內存管理技術包括固定分區(qū)、動態(tài)分區(qū)和虛擬存儲器等，用于提高內存利用率和系統(tǒng)功能。

2.5虛擬內存可以擴大物理內存的使用范圍。（√）

解題思路：虛擬內存技術使得操作系統(tǒng)可以使用硬盤空間作為內存，從而擴大物理內存的使用范圍。

2.6文件系統(tǒng)的主要功能是存儲和管理文件。（√）

解題思路：文件系統(tǒng)負責存儲和管理計算機中的文件，提供文件的創(chuàng)建、讀取、修改和刪除等功能。

2.7死鎖是指多個進程相互等待對方釋放資源而陷入無限等待的狀態(tài)。（√）

解題思路：死鎖是指多個進程因相互等待對方持有的資源而陷入無限等待的狀態(tài)。

2.8同步是指多個進程按照一定的順序執(zhí)行。（×）

解題思路：同步是指多個進程在執(zhí)行過程中按照一定的順序協(xié)調一致，而非僅僅是執(zhí)行順序。四、簡答題1.簡述計算機組成原理的基本概念。

解答：

計算機組成原理是研究計算機硬件系統(tǒng)的結構、功能及其相互關系的基本原理。它包括計算機硬件的基本組成、各組成部分的工作原理、計算機系統(tǒng)的功能評價以及計算機硬件的發(fā)展趨勢等內容。

2.簡述操作系統(tǒng)的基本功能。

解答：

操作系統(tǒng)的基本功能包括進程管理、存儲管理、文件管理、設備管理和用戶接口。進程管理負責調度和管理進程的執(zhí)行；存儲管理負責內存的分配、回收和保護；文件管理負責文件的創(chuàng)建、刪除、讀寫和存儲；設備管理負責管理輸入輸出設備；用戶接口提供用戶與計算機系統(tǒng)交互的界面。

3.簡述Cache的工作原理。

解答：

Cache（高速緩存）的工作原理是利用存儲器速度差異的原理，將經常訪問的數(shù)據(jù)或指令存儲在速度較快的緩存中，當處理器需要訪問數(shù)據(jù)時，首先檢查緩存，如果命中則直接從緩存中讀取，否則再從主存儲器中讀取并寫入緩存，以提高訪問速度。

4.簡述虛擬內存的工作原理。

解答：

虛擬內存是一種將硬盤空間用作內存的技術。它的工作原理是將物理內存（RAM）的一部分或全部映射到硬盤上，當程序請求更多的內存時，操作系統(tǒng)會自動將部分數(shù)據(jù)從物理內存移動到硬盤的虛擬內存中，以釋放物理內存空間供其他程序使用。

5.簡述進程與線程的區(qū)別。

解答：

進程是操作系統(tǒng)進行資源分配和調度的一個獨立單位，具有獨立的內存空間，而線程是進程中的一個實體，是CPU調度和分配的基本單位。進程與線程的主要區(qū)別在于：

進程擁有獨立的內存空間，線程共享進程的內存空間；

進程間通信較為復雜，線程間通信較為簡單；

進程創(chuàng)建和銷毀開銷較大，線程開銷較小。

6.簡述進程調度的目的和方法。

解答：

進程調度的目的是提高CPU的利用率，使多個進程能有效地交替執(zhí)行。進程調度的方法包括：

先來先服務（FCFS）：按照進程到達的順序進行調度；

短作業(yè)優(yōu)先（SJF）：優(yōu)先調度執(zhí)行時間短的進程；

優(yōu)先級調度：根據(jù)進程的優(yōu)先級進行調度；

輪轉調度（RR）：每個進程分配一個時間片，輪流執(zhí)行。

7.簡述死鎖的四個必要條件。

解答：

死鎖的四個必要條件包括：

互斥條件：資源不能被多個進程同時使用；

保持和等待條件：進程已經持有至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其他進程持有，此時進程會等待；

非搶占條件：資源不能被搶占，只能由持有資源的進程釋放；

循環(huán)等待條件：若干進程之間形成一種頭尾相連的循環(huán)等待資源關系。

答案及解題思路：

1.答案：計算機組成原理是研究計算機硬件系統(tǒng)的結構、功能及其相互關系的基本原理。解題思路：理解計算機硬件系統(tǒng)的基本組成和工作原理，以及計算機硬件的發(fā)展趨勢。

2.答案：操作系統(tǒng)的基本功能包括進程管理、存儲管理、文件管理、設備管理和用戶接口。解題思路：掌握操作系統(tǒng)的各個管理功能及其作用。

3.答案：Cache的工作原理是利用存儲器速度差異的原理，將經常訪問的數(shù)據(jù)或指令存儲在速度較快的緩存中。解題思路：理解Cache的工作機制和作用。

4.答案：虛擬內存的工作原理是將硬盤空間用作內存，當程序請求更多內存時，操作系統(tǒng)會自動將部分數(shù)據(jù)從物理內存移動到硬盤的虛擬內存中。解題思路：理解虛擬內存的概念和實現(xiàn)方式。

5.答案：進程與線程的區(qū)別在于進程擁有獨立的內存空間，線程共享進程的內存空間；進程間通信較為復雜，線程間通信較為簡單；進程創(chuàng)建和銷毀開銷較大，線程開銷較小。解題思路：比較進程和線程在內存、通信和開銷方面的差異。

6.答案：進程調度的目的是提高CPU的利用率，使多個進程能有效地交替執(zhí)行。進程調度的方法包括先來先服務、短作業(yè)優(yōu)先、優(yōu)先級調度和輪轉調度。解題思路：了解進程調度的目的和方法，以及各種調度算法的特點。

7.答案：死鎖的四個必要條件包括互斥條件、保持和等待條件、非搶占條件和循環(huán)等待條件。解題思路：理解死鎖的四個必要條件，以及它們在死鎖發(fā)生中的作用。五、論述題1.論述計算機組成原理中流水線技術的優(yōu)缺點。

優(yōu)點：

提高指令執(zhí)行速度：通過將指令的執(zhí)行過程分解為多個階段，并讓不同階段的指令并行執(zhí)行，從而提高了CPU的吞吐率。

提高CPU利用率：流水線技術使得CPU在等待前一條指令執(zhí)行完成的同時已經開始執(zhí)行下一條指令，減少了CPU的空閑時間。

降低指令執(zhí)行延遲：流水線技術可以減少指令執(zhí)行的總時間，提高系統(tǒng)的響應速度。

缺點：

增加硬件復雜度：流水線技術需要更多的硬件資源，如寄存器、控制單元等，增加了硬件設計的復雜度。

增加指令調度的難度：由于流水線中各個階段的指令需要保持同步，因此指令調度變得復雜。

可能產生數(shù)據(jù)冒險：在流水線中，不同階段的指令可能需要訪問相同的數(shù)據(jù)，這可能導致數(shù)據(jù)冒險，需要額外的硬件邏輯來處理。

2.論述操作系統(tǒng)內存管理技術的優(yōu)缺點。

優(yōu)點：

提高內存利用率：通過內存管理技術，可以更有效地分配和回收內存，提高內存的利用率。

提高系統(tǒng)穩(wěn)定性：內存管理技術可以防止內存泄漏和碎片化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

提高系統(tǒng)功能：合理的內存管理可以減少內存訪問沖突，提高系統(tǒng)的功能。

缺點：

增加系統(tǒng)開銷：內存管理技術需要額外的硬件和軟件支持，會增加系統(tǒng)的開銷。

復雜性增加：內存管理算法復雜，需要更多的計算和存儲資源。

可能產生內存碎片：在某些內存管理策略下，可能會產生內存碎片，影響內存分配效率。

3.論述操作系統(tǒng)中進程同步與互斥的方法。

方法：

信號量（Semaphore）：通過信號量機制實現(xiàn)進程同步與互斥。

互斥鎖（MutexLock）：用于保護臨界區(qū)，防止多個進程同時訪問。

事件（Event）：用于同步多個進程的操作。

讀寫鎖（ReadWriteLock）：允許多個讀操作同時進行，但寫操作必須互斥。

優(yōu)缺點：

信號量和互斥鎖：可以有效地實現(xiàn)進程同步與互斥，但可能導致死鎖。

事件：適用于復雜同步場景，但實現(xiàn)較為復雜。

讀寫鎖：可以提高并發(fā)讀操作的效率，但實現(xiàn)較為復雜。

4.論述操作系統(tǒng)中文件系統(tǒng)的設計原則。

原則：

效率：文件系統(tǒng)應提供高效的數(shù)據(jù)訪問和存儲。

可靠性：文件系統(tǒng)應保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

可擴展性：文件系統(tǒng)應支持擴展和升級。

易用性：文件系統(tǒng)應提供直觀和易用的用戶界面。

優(yōu)缺點：

效率和可靠性：文件系統(tǒng)應平衡這兩者，