计算机组成原理抢分攻略 真题分类分级详解

版权信息

书名：计算机组成原理抢分攻略真题分类分级详解

ISBN：978-7-115-61874-0

本书由人民邮电出版社发行数字版。版权所有，侵权必究。

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版  权

组　　编 海贼宝藏

编　　著 胡　光　宋德锋　刘星星

责任编辑 李　莎

人民邮电出版社出版发行　　北京市丰台区成寿寺路11号

邮编　100164 　电子邮件　315@ptpress.com.cn

网址　http://www.ptpress.com.cn

读者服务热线：(010)81055410

反盗版热线：(010)81055315

内容提要

本书面向参加计算机相关专业的硕士研究生招生考试（以下简称计算机考研）的考生，以全国硕士研究生招生考试计算机学科专业基础（以下简称全国统考）的考试大纲中“计算机组成原理”部分的内容为依据，在研究、分析全国统考和院校自主命题考试的历年真题及其命题规律的基础上编写而成。

本书就全国统考的考试大纲进行了深入解读，提供了应试策略，并根据“计算机组成原理”所涉及考点的知识体系分章讲解，每章以“知识点分类+经典例题精解”的形式，剖析了常考题型、命题特点及解题方法，帮助考生掌握解题思路与解题技巧。此外，章末提供了“过关练习”，供考生进行自测练习。本书还提供了面向“计算机组成原理”的2套全真模拟题，供考生实战演练。

本书适合参加计算机考研（包括全国统考和院校自主命题考试）的考生备考学习，也适合作为计算机相关专业学生的学习用书和培训机构的辅导用书。

前  言

　本书主旨

“计算机组成原理”是计算机学科的基础课程，也是计算机考研（包括全国统考和院校自主命题考试）涉及的重要内容。学好计算机组成原理不仅有助于提高对计算机硬件系统的分析和设计能力，能更好地应对计算机考研，更有助于提高解决问题的能力，这对考生的个人成长大有裨益！

在计算机考研中，由于题量大、涉及的知识点多，不少考生难以抓住重点，导致考试成绩不理想。因此，为了帮助莘莘学子在较短的时间内掌握复习要点及解题方法，提高应试分数，我们深入研究与剖析计算机考研中的历年考点与考题，以新发布的全国统考大纲为蓝本，以计算机考研中的重点和难点为主线，精心编写了本书。

　主要学习目标

全国统考的试卷内容包括4部分——数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络，重点考查考生掌握相关基础知识、基本理论的情况，以及分析问题、解决问题的能力。

根据全国统考大纲对于“计算机组成原理”部分的考查要求，本书主要帮助考生达成以下学习目标。

（1）理解计算机系统中各部件的工作原理、计算机系统的组成结构以及各部件相互连接的方式，具有完整的计算机系统的相关概念。

（2）理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。

（3）能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，对一些基本部件进行简单设计，并且能对高级程序设计语言（如C语言）中的相关问题进行分析。

　本书主要特色

（1）紧扣全国统考大纲，明确复习要点，减少复习时间。

本书深入研究全国统考和各院校自主命题考试的相关真题，依据全国统考大纲分类提炼考点，不仅有清晰的知识结构，而且准确地对各考点进行考情分析，归纳有效的学习方法，帮助考生抓住复习重点，提高复习效率。

（2）详细讲解大量真题和例题，揭示命题思路，点拨应试技巧。

对于每一考点，注重结合不同的题型，采取以题带点、以点带面的方式进行讲解。所用题目均为精选的历年真题或精心编写的典型例题，考生不仅能在学习解题的过程中巩固所学知识，而且能熟悉各种题型的解题思路与命题特点，从而有效提高应试能力。

（3）提供特色小栏目，直击命题要点，提高应试技能。

书中提供“知识链接”“误区警示”“解题技巧”“高手点拨”4个小栏目。其中，“知识链接”主要给出题目中涉及的知识点概念、理论，便于考生回顾知识点，加深理解；“误区警示”主要用于点拨考生易犯的答题错误；“解题技巧”主要提供快速解题的方法和答题技巧；“高手点拨”主要是总结解题方法和归纳重点、难点。

（4）各章末尾均提供“过关练习”，考生可加以练习，提高解题能力。

在各章末尾，按该章考点所涉及的不同题型提供过关练习。这些练习题是根据计算机考研的命题特点进行精心设计的。考生通过完成这些高质量的习题，并与书中所提供的参考答案进行对照和检验，不仅可以巩固所学知识点，还可进一步掌握重点、攻克难点，并能举一反三。

　怎样使用本书

若要更好地使用本书进行备考，建议阅读以下提示。

（1）充分了解计算机考研的要求，明确复习思路。建议考生在充分了解全国统考大纲的考查要求后，跟随本书复习考查重点，掌握解题思路和解题技巧，提高应试能力。

（2）抓住计算机考研的重点，有的放矢。不主张考生采用题海战术，因为并不是习题做得越多就越好，因为考题的要求虽然会千变万化，但是考查的重点与方式基本不变。因此，考生应注意对各种知识点进行归纳总结，并全面提高自己的记忆能力，这样在复习时才能抓住重点，掌握解题要领，以不变应万变。

　说明

对于本书的选择题，若无特殊说明，均为单项选择题。

尽管编者精益求精，但水平有限，书中若有不足之处， 恳请广大读者批评指正，联系邮箱为wangxudan@ptpress.com.cn。

最后，我们相信一分耕耘，一分收获。衷心祝愿本书的每一位读者都能开卷有益，更上一层楼!

编 者

考纲分析与应试策略

一、考试简介

全国硕士研究生招生考试是指教育主管部门和招生机构为选拔研究生而组织的相关考试的总称。考试分初试和复试两个阶段进行。初试由国家统一组织，复试由招生单位自行组织。

初试一般设置4个考试科目，分别是思想政治理论、外语、业务课一和业务课二，满分分别为100分、100分、150分和150分。初试方式均为笔试，考试的第一天上午考查思想政治理论，下午考查外语；第二天上午考查业务课一（数学或专业基础课），下午考查业务课二（专业课）。每一科目考试时长均为3小时。

对于计算机考研而言，业务课一是数学，业务课二则根据学校或专业的不同，考查内容也会不同。目前来看，越来越多的学校对计算机或信息相关专业的业务课二，偏向于选择全国统考，也有一部分学校是自主命题。因而，考生在备考业务课二之前，要先明确所报考院校的考查科目和考查内容。例如，在中国海洋大学2023年的硕士研究生招生考试中，计算机科学与技术专业（专业代码为081200）的业务课二考查的是计算机学科专业基础，而保密科学与技术专业（专业代码为0812Z1）的业务课二则考查计算机网络与安全；在中南大学2023年的硕士研究生招生考试中，计算机科学与技术专业（专业代码为081200）的业务课二考查的是数据结构。

二、考试方式

对计算机考研来说，全国统考主要考查计算机科学与技术领域的核心知识和技能，旨在培养学生在该领域的研究和应用能力。考试内容较为广泛，包括计算机科学与技术的基础理论、专业知识和应用技术，涉及了数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络4部分内容。

答题方式为闭卷、笔试；考试时间为180分钟；试卷满分为150分，其中，数据结构45分、计算机组成原理45分、操作系统35分、计算机网络25分；试卷题型结构为选择题80分左右（每小题2分）、综合应用题70分左右。

本书针对计算机考研中的“计算机组成原理”部分的内容。在全国统考中，计算机组成原理的总体分值一般是45分，占总分150分的30%。具体考查的题型与题量及分值如下表所示。

一些自主命题院校会有所不同。例如，南京航空航天大学的2023年硕士研究生招生考试中，计算机科学与技术（专业代码为081200）的初试业务课二为计算机专业基础，其中涵盖计算机组成原理、数据结构、计算机操作系统三门课程，其中计算机组成原理的题型主要是综合应用题，共5道，其分值分布：第11题，包含2小题，共10分；第12题10分；第13题和第14题各15分，共50分。

而在华东理工大学2023年的硕士研究生招生考试中，计算机应用技术（专业代码为081203）的初试业务课二为计算机基础综合，其中涵盖数据结构、计算机组成原理和操作系统，总共150分，每个科目各占50分。计算机组成原理的50分的题目分布如下。

再次强调，考生在备考前一定要了解自己心仪院校相关专业业务课二的考查内容及分数的分配情况，从而协调分配自己的复习时间，以达到高效复习的目的。

三、考试大纲解读

根据全国统考的考试大纲，计算机组成原理科目考试主要考查6部分内容，涵盖了计算机系统概述、数据的表示和运算、存储器层次结构、指令系统、中央处理器，以及总线和输入/输出系统等内容。各部分的考试大纲要求、历年高频考点、分值比例和重要程度如下表所示。

考生可以根据上表安排复习时间和侧重点。

四、应试经验与解题技巧

考生若想在考试中取得好成绩，除了需要牢固掌握知识点外，还需要快速、准确地对一些题目做出判断和处理。因此，考生平时要善于归纳和总结一些通用的解题技巧，这有助于考生更好地应对考试，提高复习效率和考试成绩。

1．提炼关键信息

从题目中提取关键信息，排除无关信息，将问题简化为更易解决的形式，便于快速推断和处理。

【例1·综合应用题】【模拟题】假设一个计算机的主存容量为64GB，采用的存储体为DRAM，每个存储体单元的大小为8bit，每个存储体单元的地址需要12bit，存储器的总线宽度为16bit，每个存储体单元的访问时间为100ns，每次进行存储器的读取操作需要一次总线事务，CPU的时钟周期为500ns。计算该计算机的存储器的吞吐量和平均访问时间。

【解题步骤】

（1）提炼关键信息。

• 主存容量为64GB。

• 存储体为动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM），每个存储体单元大小为8bit。

• 存储体单元地址长度为12bit。

• 总线宽度为16bit。

• 存储体单元访问时间为100ns。

• 每次读取操作需要一次总线事务。

• CPU时钟周期为500ns。

（2）分析问题和思路。

根据主存容量、存储体单元大小和地址长度，计算存储体的总存储单元数量。

根据总线宽度，计算每次总线事务可以传输的数据量。

根据存储体单元访问时间和总线事务次数，计算存储器的吞吐量。

根据CPU时钟周期和存储器访问时间，计算存储器的平均访问时间。

（3）解题计算。

主存容量为64GB，转换为位数为64×1024×1024×1024 = 68719476736bit。

存储体单元地址长度为12bit，表示存储体的总存储单元数量为2¹²=4096个。

总线宽度为16bit，表示每次总线事务可以传输16bit的数据量。

存储体单元访问时间为100ns，每次读取操作需要一次总线事务。

存储器的吞吐量 = 每次总线事务传输的数据量 / 存储体单元访问时间 = 16bit ÷ 100ns = 160×10⁶ bit/s = 160Mbps。

CPU时钟周期为500ns，存储器的平均访问时间 = 存储体单元访问时间 + CPU时钟周期 = 100ns + 500ns = 600ns。

（4）答案。

存储器的吞吐量为160Mbps。

存储器的平均访问时间为600ns。

通过提炼关键信息并根据给定的问题进行分析和计算，可以得出存储器的吞吐量和平均访问时间。这样的解题方法可以帮助考生在考试中更快、更准确地解答问题，并获得正确的答案。

2．排除法

排除法是一种常用的解答选择题的技巧，它通过逐个排除错误的选项来确定正确的选项。

【例2·选择题】【模拟题】在计算机系统中，以下哪个是主要负责控制和管理存储器的组件？

A．ALU（算术逻辑部件）

B．寄存器

C．输入/输出控制器 　　　　　

D．存储器管理单元

解题过程如下所示。

首先，要明确题目要求是找出主要负责控制和管理存储器的组件。我们可以逐个排除选项，看哪个选项与题目要求不相关或与之矛盾。

A选项，ALU负责执行算术和逻辑运算，与存储器的控制和管理无关，排除该选项。

B选项，寄存器用于存储临时数据和地址，它并不直接控制和管理存储器，排除该选项。

C选项，输入/输出控制器负责管理计算机与外部设备之间的数据传输，与存储器的控制和管理无关，排除该选项。

D选项，存储器管理单元是主要负责控制和管理存储器的组件，它负责处理存储器的访问请求、地址转换、缓存控制等功能，与题目要求相符。

根据排除法，我们得出答案为D选项。

使用排除法可以帮助我们逐个排除错误选项，从而缩小答案的范围并找到正确选项。在这个例子中，通过排除法，我们能够确定存储器管理单元是主要负责控制和管理存储器的组件。

五、复习策略

（1）认真研读考试大纲内容。全面了解考查范围和要求，明确复习的重点和难点，有的放矢的备考效率更高。

（2）制订学习计划。制订科学的学习计划，合理安排学习时间，并按计划有针对性地进行复习和练习。重点关注重要的知识点。

（3）多做练习题。虽不建议题海战术，但多做典型习题，有助于加强对知识点的理解和应用能力。注意分析解题过程和答案解析，查漏补缺。

（4）查阅参考资料。参考不同的教材和资料，加深对计算机组成原理的理解。重点关注经典教材和权威参考书，深入理解核心概念和原理。

（5）制作总结性的思维导图。将复杂的知识点整理成简洁的总结性的思维导图。将关键概念、原理、公式和示意图整合到一张纸上，方便复习时快速回顾和记忆。

（6）小组讨论和交流。与同学、伙伴组成学习小组，并进行讨论和交流，相互答疑解惑，分享学习资源和经验。

（7）模拟考试和复习总结。在备考阶段，可自行进行模拟考试，以检验自己的应试能力，及时总结并查缺补漏。

第一章　计算机系统概述

关于计算机系统，主要考查计算机系统层次结构与计算机性能指标。考生若能掌握好本章所涉及的知识点，就能对计算机系统有初步的认知，进而初步建立起关于计算机系统的“知识地图”，这是学习计算机组成原理的前提。

考生应重点掌握CPU时钟周期、主频CPI、CPU执行时间的相关知识。

在近几年的全国统考中，与本章内容相关的题型、题量、分值和高频考点的具体分布如下表所示。

知识地图：

第一节　计算机系统层次结构

考点1：计算机系统的基本组成

【例·选择题】【模拟题】下列叙述中，错误的是（　　）。

A．计算机系统由硬件系统和软件系统组成　　　　 　　

B．计算机软件由各类应用软件组成

C．CPU主要由运算器和控制器组成

D．计算机主要由CPU和主存储器组成

【解析】本题主要考查计算机系统的基本组成。

计算机系统由硬件和软件两大部分组成。从硬件角度看，现代计算机主要由三大部分组成：中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、输入/输出（Input/Output，I/O）设备及主存储器（Main Memory，MM，简称“主存”）。CPU与主存储器组合起来又可称为主机，I/O设备又可称为外部设备或外围设备（简称外设），其中CPU主要由运算器和控制器组成。软件由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。计算机的软件通常可以分为两大类：系统软件和应用软件。系统软件又称为系统程序，主要用来管理整个计算机系统、监视服务，使系统资源得到合理调度，使计算机系统高效运行；应用软件又称为应用程序，它是用户根据任务需求所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、事务管理程序等。题目中的B选项表述不全面，因此错误。

【答案】B

考点2：计算机硬件的基本结构

【例·选择题】【重庆理工大学-2013】在主机中能对指令进行译码的器件是（　　）。

A．MAR　　　　　

B．ALU　 　　

C．控制器　　　　

D．MDR

【解析】本题主要考查控制器的基本功能。

在现代计算机中，CPU主要包括运算器和控制器两大部分，此外还包括寄存器和中断系统。对冯·诺依曼结构计算机（后文简称冯·诺依曼机）而言，程序一旦进入存储器，就可由计算机自动完成取指令和执行指令的任务。控制器就是专用于完成此项任务的，它负责协调并控制计算机各部件执行程序的指令序列，其基本功能是取指令、分析指令和执行指令。

A选项，MAR（Memory Address Register，存储器地址寄存器），属于CPU内部寄存器，用于存放即将被访问的存储单元的地址；B选项，ALU（Arithmetic and Logic Unit，算术逻辑部件），是用于存放操作数的寄存器和实现算术运算和逻辑运算的部件；C选项，控制器用来解释存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令，在解释指令的过程中需要进行指令译码，分析确定出该条指令是用来执行什么操作以及操作内容所在的地址。因此，C选项符合题意；D选项，MDR（Memory Data Register，存储器数据寄存器），属于CPU内部寄存器，用于存放欲存入存储器中的数据或最近从存储器中读出的数据。

【答案】C

考点3：计算机软件和硬件的关系

【例·选择题】【重庆大学-2016】假设某个程序执行耗时为100秒，其中80秒用于乘法运算，以下说法正确的是（　　）。

A．可通过改进乘法运算部件，将程序的运行速度提高5倍　　　　　　

B．可通过改进乘法运算部件，将程序运行时间降低为10秒　　

C．不可能通过只改进乘法运算部件，将程序运行速度提高5倍　　

D．不可能通过只改进乘法运算部件，将程序运行速度提高3倍

【解析】本题主要考查计算机运行速度与运算器的关系。

在计算机中，程序最终会被转换成一条条机器指令，然后由CPU内部的控制器自动完成取指令和执行指令的任务。若涉及相关操作数的存取或算术运算和逻辑运算的实现，则由运算器进行相应的处理。因此，运算部件的改进和优化只能提高运算部分的效率，而提高计算机运算速度，其核心还在于对指令的处理。

根据题意，某个程序执行的时间为100秒，其中80秒用于乘法运算，则有20秒为剩余的程序执行时间。无论乘法运算部件如何优化，也需要不少于20秒的时间用于程序的执行，因此不可能将程序运行的速度提高5倍，最多提高4倍，即通过改进乘法运算部件，使乘法运算所耗费时长趋于0秒，则该程序的执行时间就趋于20秒，相当于将程序的运行速度提高近5倍。

A选项和C选项说法相反，根据上述分析，C选项说法正确；B选项，无法将程序的运行时间降至10秒，因此错误；D选项，根据上述分析，程序运行速度可提高的倍数范围是1～4倍，因此将程序运行速度提高3倍是可能的，所以D选项说法错误。

【高手点拨】不可能通过只改进乘法运算部件，将程序运行速度提高5倍。这可以从阿姆达尔定律推导出来，该定律指出，系统的加速比受限于无法改进的任务的比例。在本题中，无法改进的任务的比例是20%（用于非乘法运算的比例）。因此，通过改进乘法运算部件能够达到的最大加速比是1/（0.2 + 0.8/S），其中S是乘法运算部件的加速因子。如果想要将程序的运行速度提高5倍，则需要在方程5 = 1/（0.2 + 0.8/S）中求解S，得到S = 25。这意味着乘法运算部件需要比以前快25倍，这是不切实际的。因此，不可能通过只改进乘法运算部件达到这个目标。

【解题技巧】本题应关注两个解题技巧，技巧一是A选项和C选项表述相反，当选择题出现这样的选项时，答案一般在这两个选项中产生；技巧二是4个选项中，只有B选项出现了具体的数值表达，这样的选项往往是错误的。

【答案】C

考点4：计算机系统的工作原理

【例1·选择题】【全国统考-2018】冯·诺依曼结构计算机中数据采用二进制编码表示，其主要原因是（　　）。

Ⅰ．二进制的运算规则简单　　　　　　Ⅱ．制造两个稳态的物理器件较容易

Ⅲ．便于用逻辑门电路实现算术运算

A．仅Ⅰ、Ⅱ　　

B．仅Ⅰ、Ⅲ　　

C．仅Ⅱ、Ⅲ　　

D．Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ

【解析】本题主要考查二进制编码的优点。

在冯·诺依曼机中，指令和数据均以二进制形式存储在存储器中。

采用二进制作为数据编码的原因有技术实现简单、适合逻辑运算、简化运算规则等。

对于Ⅰ，由于二进制只有0和1两个数值表示，因此运算较简单，也简化了运算规则。

对于Ⅱ，考虑到物理器件传输时候的损耗，二进制只需要2种状态的电平，比使用10种状态的电平更加准确，更加容易实现，不容易出错。

对于Ⅲ，由于逻辑门电路的输入和输出都是0和1，使用逻辑门电路实现二进制非常方便。

因此，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均是冯·诺依曼机中数据采用二进制编码表示的主要原因，D选项正确。

【答案】D

【例2·选择题】【全国统考-2019】下列关于冯·诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是（　　）。

A．程序的功能都通过中央处理器执行实现

B．指令和数据都用二进制表示，形式上无差别　　

C．指令按地址访问，数据都在指令中直接给出

D．程序执行前，指令和数据需预先存放在存储器中

【解析】本题主要考查冯·诺依曼机的特点。

冯·诺依曼机的特点如下。

（1）冯·诺依曼机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。

（2）指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。

（3）指令和数据均用二进制表示。

（4）指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

（5）指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是按顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。

（6）冯·诺依曼机以运算器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传输通过运算器完成。

A选项，中央处理器（CPU）主要由控制器和运算器组成，其中控制器负责取指令和执行指令，运算器负责相关运算，因此程序的功能都由CPU执行实现，正确；B选项，根据上述分析，正确；C选项，指令按地址访问，表述正确，但是“数据都在指令中直接给出”，表述错误，现代计算机中，数据可以在指令中直接给出，也可以存放在存储器或CPU内部的寄存器中，而在冯·诺依曼机中，数据和指令以同等地位存放于存储器内，因此C选项错误；根据上述分析，D选项正确。

【答案】C

【例3·选择题】【北京邮电大学-2016】下图为冯·诺依曼架构，该架构的计算机的特点是（　　）。

Ⅰ．采用二进制　　Ⅱ．存储程序　　Ⅲ．控制流驱动方式　　Ⅳ．数据流驱动方式

A．仅Ⅰ，Ⅱ　　　　　　

B．仅Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ　　

C．仅Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ　　　　

D．Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ

【解析】本题主要考查冯·诺依曼机的特点。

根据冯·诺依曼机的特点，计算机中的指令和数据均用二进制表示，Ⅰ正确。对于Ⅱ，“存储程序”是将根据特定问题编写的程序存放在计算机存储器中，然后按存储器中存储程序的首地址执行程序的第一条指令，以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序结束执行。“存储程序”是一种思想，由冯·诺依曼提出，也是现代计算机的理论基础，因此Ⅱ正确。Ⅲ、Ⅳ是一对相对的描述，在计算机体系架构中，通常有两种驱动方式，一种是控制流驱动方式，即指令控制数据，执行指令即可进行相关操作，冯·诺依曼机就采用这种方式，但并不是所有的计算机都采用这种方式；另一种是数据流驱动方式。因此Ⅲ正确。

【高手点拨】本题的解题核心在于理解冯·诺依曼机特点的本质思想，冯·诺依曼机的本质思想就是将程序转换成一条条机器指令和数据，指令和数据都存储在存储器中，这便体现了其“存储程序”的思想，通俗的理解，就是把程序存储起来；再者就是指令和数据之间的关系，通过指令可以完成对数据的存取操作，因此这是一种控制流驱动方式。

【解题技巧】本题应关注一个解题技巧，通过4个选项的对比，发现Ⅰ、Ⅱ均被包含，而Ⅲ、Ⅳ都在描述驱动方式，从出题者的角度，Ⅰ和Ⅱ中、Ⅲ和Ⅳ中至少应有一个是正确的，因此答案在B选项和C选项中。该技巧可以迅速定位到选项，提高考生对选择题的答题效率。

【误区警示】本题存在陷阱，题中给出的图，是冯·诺依曼机的硬件框架，图中标注的“数据流”和“控制流”，易误导考生，因此易错选D选项，实际上，图中标注的“数据流”和“控制流”表示的是各个部件之间的数据关系和控制关系，与驱动方式无关。

【答案】B

第二节　计算机性能指标

考点5：吞吐量、响应时间

【例1·选择题】【模拟题】通常存取周期和存取时间的关系为（　　）。

A．存取周期>存取时间　　

B．存取周期存取时间　　

C．存取周期=存取时间　　

D．存取周期存取时间

【解析】本题主要考查计算机中存储器的存取周期和存储器的存取时间的区别。

在计算机中，主存的主要技术指标就是存储容量和存储速度，其中存储速度是由存取时间和存取周期来表示的。

存取时间（Access Time）又称为存储器的访问时间，是指启动一次存储器操作（读或写）到完成该操作所需的全部时间。存取时间分读出时间和写入时间两种。读出时间是从存储器接收到有效地址开始，到产生有效输出所需的全部时间。写入时间是从存储器接收到有效地址开始，到数据写入被选中单元为止所需的全部时间。

存取周期是指存储器进行连续两次独立的存储操作（如连续两次读操作）所需的最短间隔时间，由于在连续两次的独立操作之间存在恢复时间（用以恢复内部状态的时间），所以存取周期通常大于存取时间。

因此，A选项正确。

【误区警示】本题是一道易错题，考生易错选B选项，但存取周期和存取时间是不可能完全相等的，因为对于任何一种存储器，在读写操作之后，都需要一段复原时间，以恢复内部状态。

【答案】A

【例2·选择题】【模拟题】若存储周期为250ns，每次读出16位，则该存储器的数据传输速率为（　　）。

A．4×16⁶B/s　　

B．4MB/s　　

C．8×16⁶B/s　　

D．8MB/s

【解析】本题主要考查计算机中存储器数据传输速率的基本计算。

根据存储器存取时间和存取周期的概念可知，存储器传输的数据量为存取周期和存储器数据传输速率的乘积。

根据题意，每次读出16位，即2B。

因此，数据传输速率（单位为B/s）为2B÷(250×10^-9)s=8×10⁶B/s。

【答案】C

考点6：CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间

【例1·选择题】【南京航空航天大学-2016】计算机中最小单位时间为（　　）。

A．时钟周期　　　　

B．指令周期　　

C．CPU周期　　　　

D．执行周期

【解析】本题主要考查计算机性能指标中几个周期概念的比对和区分。

计算机中的最小单位时间是时钟周期。关于各备选项所涉及的4个周期的含义及其关系表述如下。在现代计算机的内部，CPU是核心，所有的程序最终都被转换成相应的机器指令（CPU能直接识别并执行），从取出一条指令到执行这条指令的时间，被称为指令周期；进一步，这些指令会在一个CPU周期内通过若干个微指令完成相应的微操作，这些微指令是通过内部信号控制节拍发生器产生相应的节拍，每个节拍的宽度即对应一个时钟周期。

D选项中的执行周期，指的是指令执行周期，指令周期包含取指周期和指令执行周期，指令周期>CPU周期>时钟周期，因此，A选项正确。

【答案】A

【例2·选择题】【全国统考-2017】假定计算机M1和M2具有相同的指令体系结构（ISA），主频分别为1.5GHz和1.2GHz。在M1和M2上运行某基准程序P，平均CPI分别为2和1，则程序P在M1和M2上运行时间的比值是（　　）。

A．0.4　　

B．0.625　　

C．1.6　　

D．2.5

【解析】本题主要考查计算机运算速度的基本计算。

在现代计算机中，程序最终都被转换成一条条机器指令，然后由CPU完成取指、分析指令和执行指令。因此只要获取一条指令从开始取出到执行结束的平均时间，将其乘以该程序对应的指令总条数即可求出该程序在该计算机中大概的运行时间。

题干中的CPI（Cycle Per Instruction），是指执行一条指令所需要的时钟周期数（指CPU的指令时钟数），不同指令的功能不同，使得指令执行的时间也不同，即执行不同指令所用的时钟周期数不同，因此通常所说的CPI是一个平均值。

根据上述分析，在某计算机中运行某程序的时间为该计算机单条指令的平均指令周期与该程序对应的指令总条数的乘积，即CPU的时钟周期（主频的倒数）乘以每条计算机指令执行所需的时钟周期数（CPI），再乘以该程序对应的指令总条数，即

（1÷主频×CPI）×该程序对应的指令总条数

根据题意，因为计算机M1和M2具有相同的指令集体系结构（Instruction Set Architecture，ISA），所以对于同一程序P，其对应的指令总条数相同，假设为X条。

根据上述公式，程序P在M1上的运行时间为(1÷1.5GHz×2)×X，程序P在M2上的运行时间为(1÷1.2GHz×1)×X，其比值为1.6，C选项正确。

【答案】C

考点7：MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS、ZFLOPS　

【例·选择题】【模拟题】2015年7月13日，国际超级计算机TOP 500 组织在德国举行的2015年国际超级计算机大会上发布全球超级计算机500强最新榜单，中国“天河二号”以33862.7TFLOPS的运算速度第五次蝉联冠军。这个运算速度的含义是（　　）。

A．每秒执行3.38627千万亿次浮点操作　　　　　　

B．每秒执行3.38627万万亿次浮点操作　　

C．每秒执行3.38627千万亿次浮点指令

D．每秒执行3.38627万万亿次浮点运算

【解析】本题主要考查衡量计算机运算速度的单位。

计算机运算速度的基本单位是每秒运算次数，根据运算数据类型的不同，分为定点数运算速度和浮点数运算速度，其中浮点运算的运算量极大。因此根据不同量级，又设定了不同的单位，包括M（百万）、G（十亿）、T（万亿）、P（千万亿）、E（百亿亿）、Z（十万亿亿）。

FLOPS，是Floating-point Operations Per Second（每秒所执行的浮点运算次数）的缩写，表示“每秒浮点运算次数”或“每秒峰值速度”。

一个MFLOPS（MegaFLOPS）等于每秒一百万（10⁶）次的浮点运算。

一个GFLOPS（GigaFLOPS）等于每秒十亿（10⁹）次的浮点运算。

一个TFLOPS（TeraFLOPS）等于每秒一万亿（10¹²）次的浮点运算。

一个PFLOPS（PetaFLOPS）等于每秒一千万亿（10¹⁵）次的浮点运算。

一个EFLOPS（ExaFLOPS）等于每秒一百亿亿（10¹⁸）次的浮点运算。

一个ZFLOPS（ZettaFLOPS）等于每秒十万亿亿（10²¹）次的浮点运算。

根据题意，TFLOPS中的FLOP表示的是浮点运算，而T表示万亿，即每秒执行33862.7万亿次浮点操作，或3.38627万万亿次。

因此，D选项正确。

【答案】D

过关练习

【习题1·选择题】计算机的外围设备是指（　　）。

A．输入/输出设备　　　　　　　　　　

B．外存储器

C．输入/输出设备和外存储器　　　 　　

D．电源

【习题2·选择题】计算机的存储器系统是指（　　）。

A．RAM　　　　　　　　

B．ROM

C．主存储器　　　　　　

D．Cache、主存储器和辅助存储器

【习题3·选择题】下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是（　　）。

Ⅰ．提高CPU的时钟频率

Ⅱ．优化数据通路结构

Ⅲ．对程序进行编译优化

A．仅Ⅰ和Ⅱ　　　　

B．仅Ⅰ和Ⅲ　　

C．仅Ⅱ和Ⅲ　　　　

D．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

过关练习答案及解析

答案速查表

【习题1·选择题】【解析】本题主要考查I/O设备的基本概念。

计算机的外围设备是指为计算机与其他机器之间，以及计算机与用户之间提供联系的设备，包括输入/输出设备、外存储器、模数转换器、数模转换器等。常用的外围设备有键盘、鼠标、硬磁盘机、软磁盘机、光盘机、打印机、显示器、调制解调器、数模转换器、模数转换器、扫描仪，以及一些专用设备等。

【高手点拨】计算机的外围设备虽然很多，但按功能分只有4类：输入设备、输出设备、存储设备、网络通信设备。不同的计算机需要的外围设备也不尽相同，且并不都需要这4类外围设备。外围设备可以按需要组装，有些专业计算机甚至可以将存储设备和主芯片集成到一片芯片上，从而不再需要外加存储设备。

【答案】C

【习题2·选择题】【解析】本题主要考查计算机中存储器系统的组成。

在计算机中，存储器的种类繁多，按存取方式可分为随机存储器（Random Access Memory，RAM）、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）和串行访问存储器；按在计算机中的作用分类，主要分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器。主存储器（简称主存）的主要特点是可以与CPU直接交换信息。辅助存储器（简称辅存）是主存储器的后援存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，它不能直接与CPU交换信息。两者相比，主存速度快、容量小、每位价格高；辅存速度慢、容量大、每位价格低。高速缓冲存储器（简称缓存，Cache）用在两个速度不同的部件之中，比如在CPU与主存之间可设置一个缓存，起到缓冲作用。存储器有3个主要性能指标：速度、容量和每位价格（简称位价）。一般来说，速度越高，位价就越高；容量越大，位价就越低，而且容量越大，速度一般就越低。计算机追求大容量、高速度、低位价的存储器，因此需设计出相应的存储器系统，包括主存、辅存和缓存。

因此，D选项正确。

【答案】D

【习题3·选择题】【解析】本题主要考查影响计算机性能的主要因素。

在处理同等数据量的情况下，缩短程序执行时间的本质在于提高计算机的性能。提高计算机性能既包含提高硬件的各种性能，又包括提高软件的各种性能。

在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，I和Ⅱ是提高硬件方面的性能，Ⅲ是提高软件方面的性能。

Ⅰ中，“时钟频率”采用“若干次周期每秒”来度量，采用国际标准单位赫兹（Hz）的CPU的时钟频率（主频）则表示计算机的操作在时钟信号的控制下分步执行，每个时钟周期完成一步操作，时钟频率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢。提高CPU的时钟频率，即提高了CPU的速度，因此能缩短程序执行时间。

Ⅱ中，数据通路是指数字系统中各个子系统通过数据总线连接形成的数据传输路径。数据通路的设计直接影响控制器的设计，同时也影响数字系统的速度指标和成本。因此优化数据通路结构能缩短程序执行时间。

Ⅲ中，编译优化就是消除简单语言翻译中可能引入的低效率，改进目标程序的性能，因此也能缩短程序执行时间。

因此，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均能缩短程序执行时间，D选项正确。

【答案】D