计算机组成原理与操作系统知识点梳理与习题集

计算机组成原理与操作系统知识点梳理与习题集姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.CPU的基本组成包括：

（1）运算器、控制器、内存

（2）运算器、控制器、I/O设备

（3）运算器、控制器、寄存器

（4）寄存器、控制器、内存

2.下列哪种存储器速度最快？

（1）硬盘

（2）内存

（3）固态硬盘

（4）U盘

3.操作系统的五大功能包括：

（1）进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、用户接口

（2）进程管理、内存管理、文件管理、设备管理、系统安全

（3）进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、系统维护

（4）进程管理、内存管理、文件管理、系统安全、用户接口

4.进程的状态包括：

（1）就绪、运行、阻塞、创建、终止

（2）就绪、运行、阻塞、结束、暂停

（3）就绪、运行、等待、创建、结束

（4）就绪、运行、等待、创建、终止

5.下列哪种进程调度算法优先考虑响应时间？

（1）先来先服务（FCFS）

（2）最短作业优先（SJF）

（3）最高响应比优先（HRRN）

（4）时间片轮转（RR）

答案及解题思路：

1.答案：C

解题思路：CPU的基本组成包括运算器、控制器和寄存器，其中寄存器是CPU内部存储少量数据的临时存储单元。

2.答案：2

解题思路：内存是计算机中处理速度最快的存储器，因为它直接与CPU交换数据。

3.答案：A

解题思路：操作系统的五大功能包括进程管理、存储管理、文件管理、设备管理和用户接口，这些都是操作系统必须具备的基本功能。

4.答案：A

解题思路：进程的状态包括就绪、运行、阻塞、创建和终止，这些状态描述了进程在执行过程中的不同阶段。

5.答案：3

解题思路：最高响应比优先（HRRN）调度算法优先考虑响应时间，该算法通过计算每个进程的响应比来选择下一个执行进程。二、填空题1.计算机硬件系统由五大部件组成：控制器、运算器、（存储器）、（输入设备）、输入输出设备。

2.计算机内存包括：只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）、（只读随机存储器）、（闪存）等。

3.进程是程序在计算机上的一次执行活动，包括（就绪）、（运行）、（阻塞）、（结束）等状态。

4.操作系统的五大功能包括：进程管理、存储管理、（文件管理）、（设备管理）、用户接口。

5.进程调度算法包括：先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、（优先级调度）、（轮转调度）、时间片轮转（RR）等。

答案及解题思路：

1.答案：存储器、输入设备

解题思路：计算机硬件系统的五大部件分别是控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备，它们共同构成了计算机的硬件基础。

2.答案：只读随机存储器、闪存

解题思路：计算机内存分为多种类型，其中只读存储器（ROM）用于存储固定的程序，随机存储器（RAM）用于存储临时数据，只读随机存储器（如EEPROM）和闪存也是常见的内存类型。

3.答案：就绪、运行、阻塞、结束

解题思路：进程是程序执行的一个实例，它的状态可以包括就绪（准备运行）、运行（正在运行）、阻塞（等待资源）和结束（执行完毕）。

4.答案：文件管理、设备管理

解题思路：操作系统除了管理进程和存储，还需负责文件管理和设备管理，以保证系统资源的有效利用。

5.答案：优先级调度、轮转调度

解题思路：进程调度算法用于决定哪个进程应该运行，优先级调度根据进程的优先级进行调度，轮转调度则按照一定的时间片轮询分配CPU时间。三、判断题1.硬盘是只读存储器（ROM）。

答案：错误

解题思路：硬盘（HDD）是一种磁性存储设备，用于存储数据，既可以读也可以写。只读存储器（ROM）通常指那些内容一旦写入就无法更改的存储器，如BIOS芯片。硬盘显然不属于只读存储器。

2.内存的速度比硬盘快。

答案：正确

解题思路：内存（RAM）的读写速度远快于硬盘（HDD）。这是因为内存直接连接到CPU，而硬盘则需要通过磁盘驱动器接口进行数据交换，速度自然较慢。

3.进程在运行过程中，其状态会不断变化。

答案：正确

解题思路：进程的状态包括创建、就绪、运行、阻塞、等待和终止等。在操作系统的调度过程中，进程的状态会在这些状态之间转换，因此其状态是动态变化的。

4.操作系统的五大功能包括：进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、用户接口。

答案：正确

解题思路：这是操作系统的基本功能分类，每个功能都是操作系统运行的核心部分。进程管理负责创建、调度和终止进程；存储管理负责分配和回收内存空间；文件管理负责管理文件系统的所有文件；设备管理负责管理外部设备；用户接口提供用户与操作系统交互的界面。

5.最短作业优先（SJF）调度算法总是优先执行时间最短的进程。

答案：正确

解题思路：最短作业优先（SJF）调度算法的核心原则是优先执行估计运行时间最短的进程，以此来最小化平均等待时间。因此，它确实总是优先执行时间最短的进程。四、简答题1.简述CPU的五大组成部分及其功能。

控制单元（ControlUnit,CU）：负责解释指令、控制数据在CPU内部和内存之间的流动。

运算单元（ArithmeticLogicUnit,ALU）：执行算术和逻辑运算。

存储单元（MemoryUnit）：存储数据和指令。

输入输出接口（Input/OutputInterface）：管理外部设备与CPU之间的数据交换。

时序控制单元（TimingandControlUnit）：协调CPU内部的各个部件按照正确的时间顺序执行操作。

2.简述计算机内存的分类及其特点。

随机存取存储器（RAM）：包括动态RAM（DRAM）和静态RAM（SRAM），特点是速度快，但易失性。

只读存储器（ROM）：用于存储系统启动程序，特点是只读，不易失性。

硬盘驱动器（HDD）：非易失性存储设备，容量大，速度相对较慢。

固态驱动器（SSD）：非易失性存储设备，速度快，但相对较贵。

3.简述进程的五种状态及其相互转换。

创建状态（New）：进程被创建，但尚未准备好运行。

准备状态（Ready）：进程等待被调度器选中执行。

运行状态（Running）：进程正在CPU上执行。

阻塞状态（Blocked）：进程因为等待某些事件而无法执行。

终止状态（Terminated）：进程完成执行或被强制终止。

4.简述操作系统的五大功能。

进程管理：控制和管理程序执行，包括进程的创建、调度和终止。

存储管理：管理内存资源，包括分配、回收和扩展。

文件系统管理：管理文件的存储、检索和删除。

设备管理：控制和管理计算机的输入输出设备。

用户接口：提供用户与系统交互的界面。

5.简述时间片轮转（RR）调度算法的工作原理。

时间片轮转调度算法是一种基于优先级的进程调度算法，系统为每个进程分配一个时间片。

当一个进程开始运行时，它会运行一个时间片，如果它没有完成，就会被放入就绪队列的末尾，等待下一次轮到它。

如果进程在一个时间片内完成，则立即终止；如果进程在时间片内没有完成，调度器选择下一个进程运行。

这种方法保证了每个进程都能得到公平的CPU时间。

答案及解题思路：

1.CPU的五大组成部分包括控制单元、运算单元、存储单元、输入输出接口和时序控制单元。这些组成部分共同协作，完成指令的解释和数据的处理。

2.计算机内存的分类包括RAM、ROM、HDD和SSD。RAM速度快但易失，适合作为主存储器；ROM用于启动程序；HDD容量大但速度慢，适合大容量存储；SSD速度快，适合高速数据存储。

3.进程的五种状态包括创建、准备、运行、阻塞和终止。进程在这些状态之间转换，体现了进程的生命周期。

4.操作系统的五大功能包括进程管理、存储管理、文件系统管理、设备管理和用户接口。这些功能共同保证操作系统的正常运行和用户的有效使用。

5.时间片轮转调度算法通过为每个进程分配时间片，实现进程的公平调度。该方法简单有效，适用于多任务操作环境。五、论述题1.论述计算机硬件与软件的关系。

论述：

计算机硬件与软件是相互依存、密不可分的。硬件是计算机系统的物理组成部分，如处理器（CPU）、内存、硬盘等，它们是计算机执行操作的物质基础。软件则是计算机硬件上运行的程序集合，包括系统软件和应用软件，它们是计算机功能的体现。

硬件为软件提供了运行环境，而软件则通过指令和程序实现对硬件资源的控制和利用。没有硬件，软件无法运行；没有软件，硬件则无法发挥其计算功能。

2.论述操作系统的任务和作用。

论述：

操作系统的任务主要包括以下几个方面：

管理计算机硬件资源，包括处理器、内存、输入输出设备等。

提供用户接口，使计算机系统能够被用户方便地使用。

实现程序执行管理，包括进程调度、同步和通信等。

提供文件和设备管理，包括文件的创建、读写、删除等。

保证计算机系统的安全性。

操作系统的作用是：

提高计算机资源的利用率。

提高计算机系统的吞吐量和响应时间。

提供一个稳定、可靠的工作环境。

保护用户数据和系统安全。

3.论述进程调度算法的选择及其优缺点。

论述：

常见的进程调度算法包括：

先来先服务（FCFS）

最短作业优先（SJF）

最高响应比优先（HRRN）

轮转（RR）

优缺点分析：

FCFS：优点是简单易实现，缺点是可能导致长作业等待时间。

SJF：优点是平均等待时间短，缺点是难以预测作业的执行时间，可能导致短作业频繁被中断。

HRRN：结合了SJF和FCFS的优点，但需要准确估计作业的响应比。

RR：优点是公平，适合交互式系统，缺点是可能导致饥饿现象。

4.论述虚拟存储器的工作原理及其优缺点。

论述：

虚拟存储器的工作原理是将程序的逻辑地址空间与物理地址空间进行映射。它允许程序使用比物理内存大的地址空间。

优点：

扩大内存容量，使大型程序得以运行。

提高内存利用率，减少内存碎片。

缺点：

引入页表或段表，增加管理开销。

可能出现页故障，导致程序执行中断。

5.论述操作系统的安全性问题及其防护措施。

论述：

操作系统的安全性问题主要包括：

用户权限管理不当。

软件漏洞。

网络攻击。

防护措施：

实施严格的用户权限管理。

定期更新和打补丁。

使用防火墙和入侵检测系统。

答案及解题思路：

答案：

解题思路：

1.针对每个问题，首先要理解其核心概念和原理。

2.分析问题的各个方面，包括优点、缺点、适用场景等。

3.结合实际案例和最新技术发展趋势，进行详细论述。

4.在论述时，注意逻辑清晰、条理分明，并保持语言的严谨性。六、设计题1.设计一个简单的进程调度算法。

题目描述：

设计一个简单的进程调度算法，要求能够实现进程的创建、调度、执行和终止。算法需支持进程的优先级调度，并具备进程阻塞和唤醒机制。

解题思路：

设计进程结构体，包含进程标识符、状态、优先级、程序计数器等信息。

设计进程调度队列，根据进程优先级进行排序。

设计进程调度算法，包括进程创建、调度、执行和终止过程。

实现进程阻塞和唤醒机制，保证进程在适当的时候被调度。

2.设计一个简单的文件管理系统。

题目描述：

设计一个简单的文件管理系统，支持文件的创建、删除、读写操作。要求设计文件结构体、目录结构体和文件操作函数。

解题思路：

设计文件结构体，包含文件名、文件大小、文件指针、文件状态等信息。

设计目录结构体，包含目录名、父目录指针、子目录列表和文件列表。

实现文件创建、删除、读写操作的相关函数。

实现目录创建、删除、查找操作的相关函数。

3.设计一个简单的内存分配算法。

题目描述：

设计一个简单的内存分配算法，支持固定分区、可变分区和分页内存分配方式。要求实现内存分配和回收操作。

解题思路：

设计内存管理结构体，包括内存块信息、分配标志等。

设计内存分配算法，包括固定分区、可变分区和分页内存分配方法。

实现内存分配和回收操作，保证内存的有效利用。

4.设计一个简单的I/O设备驱动程序。

题目描述：

设计一个简单的I/O设备驱动程序，支持设备的初始化、读写操作和中断处理。要求实现设备驱动程序的基本结构。

解题思路：

设计设备驱动程序结构体，包含设备状态、设备控制块、中断处理函数等信息。

实现设备初始化函数，初始化设备相关参数。

实现设备读写操作函数，处理数据的输入输出。

实现中断处理函数，处理设备中断事件。

5.设计一个简单的用户界面。

题目描述：

设计一个简单的用户界面，支持命令行输入和输出。要求实现用户界面的基本功能，如命令解析、信息显示等。

解题思路：

设计用户界面结构体，包含命令行输入、输出显示等功能。

实现命令解析函数，分析用户输入的命令。

实现信息显示函数，将系统信息或操作结果输出给用户。

答案及解题思路：

1.进程调度算法：

答案：设计一个基于优先级的进程调度算法，采用循环队列实现进程调度队列，进程按照优先级降序排列。

解题思路：首先定义进程结构体，包含进程标识符、状态、优先级等；设计进程调度队列，实现优先级排序；实现进程调度算法，包括创建、调度、执行和终止过程。

2.文件管理系统：

答案：设计文件结构体包含文件名、大小、指针等；目录结构体包含目录名、父目录指针、子目录列表和文件列表。

解题思路：首先定义文件和目录结构体，包含必要的属性；实现文件和目录操作函数，如创建、删除、读写等。

3.内存分配算法：

答案：设计内存分配算法，支持固定分区、可变分区和分页内存分配方式。

解题思路：定义内存管理结构体，实现内存分配和回收操作；设计内存分配算法，包括固定分区、可变分区和分页内存分配方法。

4.I/O设备驱动程序：

答案：设计设备驱动程序结构体，包含设备状态、设备控制块、中断处理函数等信息。

解题思路：定义设备驱动程序结构体，实现设备初始化、读写操作和中断处理。

5.用户界面：

答案：设计用户界面结构体，支持命令行输入和输出。

解题思路：定义用户界面结构体，实现命令解析和信息显示功能。七、综合题1.结合计算机硬件系统，分析CPU的工作原理。

答案：

CPU（处理器）是计算机硬件系统中的核心组件，负责执行计算机的指令。其工作原理主要包括以下步骤：

1.取指：CPU从内存中取出指令。

2.指令译码：CPU解析取出的指令，确定操作类型和操作数。

3.执行操作：根据指令类型，CPU执行相应的运算或控制操作。

4.存储结果：将操作结果存储到内存或寄存器中。

解题思路：

首先阐述CPU的基本功能，即执行指令。

然后详细描述CPU执行指令的四个主要阶段：取指、译码、执行、存储。

最后结合具体操作和存储单元，阐述CPU如何处理指令。

2.结合操作系统，分析进程调度算法的应用。

答案：

进程调度算法是操作系统核心功能之一，用于决定哪个进程将获得CPU资源。常见的进程调度算法有：

1.先来先服务（FCFS）：按照进程到达就绪队列的顺序调度。

2.短作业优先（SJF）：优先调度估计运行时间最短的进程。

3.优先级调度：根据进程优先级进行调度。

4.轮转调度（RR）：每个进程获得固定的时间片，轮流执行。

解题思路：

简述进程调度算法在操作系统中的作用。

列举并解释几种常见的进程调度算法。

针对每种算法，简述其应用场景和特点