体系结构经典基础(冯·诺依曼/存储层次/总线/寻址方式)

共 19 题
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1. 冯·诺依曼计算机由哪五大部件组成,"存储程序"思想的核心是什么,与哈佛结构的关键区别是什么?

A 冯·诺依曼指令数据分离,哈佛合一
B 哈佛无存储器
C 两者相同
D 冯·诺依曼指令与数据共用存储器,哈佛(指令)分离 ✓ 正确答案
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2. 存储层次(寄存器、Cache、主存、辅存)为何逐级变大变慢,局部性原理如何支撑该设计?

A 速度-容量-成本权衡,配合局部性原理让多数访问命中最快层 ✓ 正确答案
B 制造工艺限制
C 随机选择
D 用户偏好
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3. 指令周期包含取指、译码、执行、访存、写回哪些阶段,程序计数器(PC)在各阶段如何变化?

A 重置为 0
B 自动加当前指令长度(顺序执行) ✓ 正确答案
C 保持不变
D 随机变化
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4. 立即、直接、间接、寄存器、变址、基址、相对等寻址方式分别如何计算有效地址,各自适用什么场景?

A 基址寄存器 + 偏移
B 指令中的地址字段
C PC + 偏移
D 基址寄存器 + 变址寄存器(常用于数组下标) ✓ 正确答案
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5. 数据总线、地址总线、控制总线各承担什么职责,地址总线宽度为什么决定最大寻址空间?

A 32GB
B 64GB
C 4GB ✓ 正确答案
D 1GB
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6. 什么是"冯·诺依曼瓶颈"?现代 CPU 如何通过 Cache、指令预取、指令/数据分离等结构缓解?

A 提高主频
B Cache 缓存、指令预取、指令/数据缓存分离 ✓ 正确答案
C 增加指令数
D 减小寄存器
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7. CPU 响应中断的完整流程是什么,如何保护现场、查中断向量表、进入中断服务程序并恢复现场?

A 保存操作数
B 保存数据
C 压栈保存 PC、PSW、相关寄存器等,以便中断返回后恢复 ✓ 正确答案
D 关闭中断
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8. SRAM 与 DRAM 在存储原理、速度、成本与用途上有何差异,为什么主存用 DRAM、Cache 用 SRAM?

A DRAM 成本低、容量大适合主存,SRAM 快但贵适合 Cache ✓ 正确答案
B DRAM 更快
C SRAM 容量更大
D 两者相同
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9. 指令集架构(ISA)与微架构(microarchitecture)的区别是什么,为什么同一 ISA 可以有不同的性能实现?

A ISA 是硬件实现,微架构是接口
B 微架构是接口
C 两者相同
D ISA 是软件可见的接口契约,微架构是硬件实现,决定了性能 ✓ 正确答案
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10. 机器字长(32 位/64 位)如何影响可寻址空间、整数范围与浮点运算效率,迁移到 64 位主要解决什么问题?

A 运算速度
B 编译速度
C 功耗
D 可寻址空间不足(超过 4GB 的内存/大数据) ✓ 正确答案
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11. RISC 与 CISC 的经典差异是什么,现代 x86 把指令翻译为微操作、ARM 增加复杂指令后两者如何走向融合?

A x86 变 RISC,ARM 变 CISC
B 完全统一
C 两者都保持原样
D x86 用 RISC 内核(μops)执行 CISC,ARM 保留 RISC 并增加复杂指令 ✓ 正确答案
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12. 存储器映射 I/O(MMIO)与端口 I/O(PIO)两种外设访问方式的原理与差异,x86 与 ARM 各自偏好哪种?

A PIO(端口 I/O)
B 两者都不可用
C MMIO(存储器映射 I/O,用 load/store) ✓ 正确答案
D DMA 专用
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13. 主存的可靠性,奇偶校验与 ECC(SEC-DED)分别能检测/纠正几位错误,为什么服务器内存普遍使用 ECC?

A 纠正 1 位错误、检测 2 位错误 ✓ 正确答案
B 只能检测 1 位错误
C 纠正 2 位错误
D 检测任意错误
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14. 指令流水线的原理与冒险,结构冒险、数据冒险与控制冒险如何解决,流水线深度对主频与效率有何影响?

A 减少冒险
B 每阶段更短,可提高主频 ✓ 正确答案
C 减少功耗
D 减少误预测
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15. 分支预测与投机执行,为什么分支预测对现代 CPU 至关重要,预测失败的开销是什么,熔断(Meltdown/Spectre)如何与投机执行相关?

A 冲刷预测路径上的指令并重取,浪费约等于流水线深度的周期 ✓ 正确答案
B 增加功耗
C 无开销
D 降低缓存
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16. DMA 与程序控制 I/O,为什么外设需要 DMA 绕过 CPU 拷贝,DMA 与缓存的协同(一致性)问题如何解决?

A 关闭 DMA
B 无法解决
C 扩大缓存
D 传输前 flush 脏缓存、传输后 invalidate,或用一致性缓冲 ✓ 正确答案
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17. 总线仲裁与多主设备,集中式与分布式仲裁方式,总线带宽在多设备竞争时如何分配?

A 集中式无仲裁
B 两者相同
C 集中式由中央仲裁器统一决定,分布式由各设备自行仲裁 ✓ 正确答案
D 分布式有中央仲裁器
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18. 经典五级流水线(IF/ID/EX/MEM/WB)中的结构冒险、数据冒险与控制冒险分别是什么,如何缓解?

A 结构冒险
B 数据冒险(RAW) ✓ 正确答案
C 控制冒险
D 三者都不行
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19. 计算机的层次结构(应用、OS、ISA、微架构、数字电路)如何分层,各层的接口与职责是什么?

A 操作系统
B 应用
C 数字电路
D ISA(指令集架构) ✓ 正确答案