2011考研計算機大綱:計算機組成原理復習要點
在計算機考研專業(yè)基礎課統(tǒng)考科目中,計算機組成原理占45分,所占分值較大。自2009年計算機專業(yè)考研專業(yè)基礎課首次實行全國統(tǒng)考以來,這已經(jīng)是第三個年頭。所以考研的學子一定要一如既往的重視。
一、考查目標
1、理解單處理器計算機系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結構以及相互連接方式,具有完整的計算機系統(tǒng)的整機概念。
2、理解計算機系統(tǒng)層次化結構概念,熟悉硬件與軟件之間的界面,掌握指令集體系結構的基本知識和基本實現(xiàn)方法。
3、能夠運用計算機組成的基本原理和基本方法,對有關計算機硬件系統(tǒng)中的理論和實際問題進行計算、分析,并能對一些基本部件進行簡單設計。
二、知識點解析
在計算機組成原理方面,主要考查計算機系統(tǒng)基礎知識、數(shù)據(jù)的表示和運算、存儲器層次結構、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線、輸入輸出系統(tǒng)。
1、計算機系統(tǒng)概述
學習計算機組成原理之前,我們先要了解計算機的發(fā)展歷程,搞清楚計算機的系統(tǒng)層次結構,包括計算機硬件的基本組成(五大部件的構成)、計算機軟件的分類,以及計算機的基本工作過程。
從體系結構上來看,有多種不同類型的計算機,那么這些不同的計算機誰好誰壞?如何評價?所以,還需要我們了解計算機性能評價指標和相關參數(shù),包括吞吐量、響應時間;CPU時鐘周期、主頻、CPI、CPU執(zhí)行時間;MIPS、MFLOPS等。
2、數(shù)據(jù)的表示和運算
我們?nèi)粘K褂玫氖鞘M制數(shù)據(jù),但在計算機中,除了十進制數(shù)據(jù)外,還有二進制、八進制、十六進制表示方法,我們要掌握這些進位計數(shù)制及其相互轉換的方法,要搞清楚真值(實際的數(shù)值)和機器數(shù)(計算機中表示的數(shù)值)之間的關系,特別是負數(shù)的各種表示。另外,還要理解BCD碼、字符與字符串的編碼方法,以及數(shù)據(jù)的校驗碼(奇偶校驗、CRC冗余校驗等)。
不管是哪種進制和校驗方法,計算機中數(shù)據(jù)的表示有原碼、反碼、補碼等方法,我們要搞清楚它們之間的關聯(lián)與區(qū)別。
在計算機中對數(shù)據(jù)進行計算,分為定點表示和浮點表示。
在定點數(shù)的表示和運算方面,我們要掌握定點數(shù)的表示(無符號數(shù)的表示,有符號數(shù)的表示)和定點數(shù)的運算,包括定點數(shù)的位移運算、原碼定點數(shù)的加/減運算、補碼定點數(shù)的加/減運算、定點數(shù)的乘/除運算、溢出概念和判別方法。在浮點數(shù)的表示和運算方面,我們要掌握浮點數(shù)的表示(浮點數(shù)的表示范圍和IEEE754標準)和浮點數(shù)的加/減運算。
本知識點的最后一個考點就是算術邏輯單元ALU,我們要掌握串行加法器和并行加法器、算術邏輯單元ALU的功能和結構。
3、存儲器層次結構
從整個計算機的存儲體系來看,可以看成是一個“Cache—內(nèi)存—外存”三級結構,在這個層次化結構中,我們要掌握存儲器的分類以及各類存儲器的基本工作原理,包括半導體隨機存取存儲器(SRAM、DRAM)、只讀存儲器(ROM),掌握主存儲器(內(nèi)存)與 CPU的連接和數(shù)據(jù)交換、雙口RAM和多模塊存儲器,還有就是外存儲器。
在存儲器這個知識點中,2個很重要的考點是高速緩沖存儲器(Cache)和虛擬存儲器。
在CPU和內(nèi)存之間增加一層Cache,其目的是為了解決CPU和內(nèi)存的速度匹配問題。在這一點,我們要掌握程序訪問的局部性原理(時間局部性、空間局部性)、Cache的基本工作原理(命中率)、Cache和主存之間的映射方式、Cache中主存塊的替換算法,以及Cache寫策略。
虛擬存儲器的重點在于“虛擬”二字,我們要掌握虛擬存儲器的基本概念及種類,包括頁式虛擬存儲器、段式虛擬存儲器、段頁式虛擬存儲器、TLB(快表)等,理解這些虛擬存儲器的基本原理、碎片的處理,各種方法的優(yōu)點和缺點。
4、指令系統(tǒng)
在指令系統(tǒng)知識點中,我們要掌握指令的格式(包括指令的基本格式、定長操作碼指令格式、擴展操作碼指令格式)和各種尋址方式,還要能夠區(qū)分數(shù)據(jù)尋址和指令尋址的區(qū)別。
本知識點的另外一個重要考點就是CISC(復雜指令系統(tǒng)計算機)和RISC(精簡指令系統(tǒng)計算機),我們要掌握它們的基本概念、特征,以及它們之間的主要區(qū)別。
5、中央處理器
中央處理器,也就是我們常說的CPU。在這個知識點,我們要掌握CPU的功能和基本結構,以及工作原理,具體包括指令執(zhí)行過程、數(shù)據(jù)通路的功能和基本結構、控制器的功能和工作原理(硬布線控制器、微程序控制器)。特別是在微程序控制器考點中,要掌握微程序、微指令和微命令,微指令的編碼方式,以及微地址的形式方式。
在這個知識點中,一個最重要的考點是流水線(主要是指令流水線)。我們要搞清楚流水線的基本概念(包括超標量和動態(tài)流水線),為什么需要流水線,流水線有哪些優(yōu)勢,哪些因素會影響流水線,等等。在這一點,有可能出現(xiàn)計算題,例如,求流水線的周期、求指令的執(zhí)行時間。有關流水線,還有一些評價指標,例如流水線的吞吐率、加速比等。
6、總線
總線就是一組進行互連和傳輸信息(指令、數(shù)據(jù)和地址)的信號線,我們要掌握總線的基本概念,總線的分類,以及總線的組成和性能指標(例如,各類總線的寬度會影響哪些部件的性能等)。
其次,就是要掌握總線仲裁方法(包括集中仲裁方式和分布仲裁方式)和總線操作和定時(包括同步定時方式和異步定時方式)。
最后,就是要對總線的標準(正式標準和工業(yè)標準)有所了解,總線標準主要規(guī)定總線的機械結構規(guī)范、功能結構規(guī)范和電氣規(guī)范。
7、輸入輸出系統(tǒng)
在輸入輸出(I/O)系統(tǒng)知識點,我們首先要掌握I/O系統(tǒng)的基本概念,理解各種外部設備,其中包括輸入設備(鍵盤、鼠標、掃描儀等)、輸出設備(顯示器、打印機等)、外存儲器(硬盤存儲器、磁盤陣列、光盤存儲器等)。要理解這些設備的基本工作原理和常見的性能指標。例如顯示器的分辨率、磁盤的讀寫時間等,特別是磁盤的有關讀寫過程(尋道時間、等待時間等),是一定要掌握的。
其次,我們要掌握I/O接口(I/O控制器)的功能和基本結構、I/O端口及其編址方式。
在I/O方式中,主要掌握程序查詢方式、程序中斷方式、DMA方式、通道方式的基本概念、工作原理和過程,以及這些方式之間的區(qū)別、各自的優(yōu)點和缺點、應用場合。在這些方式中,以程序中斷方式為考查重點,我們要掌握中斷的基本概念、中斷響應過程、中斷處理過程、多重中斷和中斷屏蔽的概念。
三、復習方法
1、教材的選擇
從考試大綱來看,所要求的知識在一般的大學計算機組成原理教材中都已經(jīng)包含,所以,選擇哪本書并不是最重要的事情。不過,根據(jù)跨考教育的推薦,對于計算機組成原理的復習,可以選擇高等教育出版社的《計算機組成原理(第2版)(唐朔飛主編),該書寫得比較好,曾經(jīng)獲得優(yōu)秀教材稱號,同時也是國家高等教育“十一五”教材。在學習的過程中,同樣,配以《計算機組成原理:學習指導與習題解答》(唐朔飛,高等教育出版社)。
2、學習方法
計算機組成原理的基本要求是使考生掌握計算機常用的邏輯器件、部件的原理、參數(shù)及使用方法,學懂簡單、完備的單臺計算機的基本組成原理,學習計算機設計中的入門性知識,掌握維護、使用計算機的技能。
總的來講,計算機組成原理課程中屬于記憶型的知識比較多,需要我們花時間去對相關概念、原理進行識記。另外,就是有關參數(shù)和性能指標的計算和評價,這一塊是需要理解的,不能靠死記硬背。在學習計算機組成原理課程中,要注意以下幾方面的問題:
(1)要正確理解考試大綱中規(guī)定的各種基本概念,掌握各概念中的要點。
(2)要能將有關的概念和原理聯(lián)系起來,不要孤立地學習各個部分的內(nèi)容,比如數(shù)據(jù)表示、運算和運算器部件等,都要關聯(lián)起來。
(3)要把握重點、難點問題,分清主次。所以,學習時要緊緊抓住考試大綱。
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