09計算機考研專(zhuān)業(yè)課考試知識點(diǎn)分析：組成原理

編者按：2009年是計算機專(zhuān)業(yè)考研專(zhuān)業(yè)基礎課首次實(shí)行全國統考，面對今年的改變，想報考計算機專(zhuān)業(yè)的考生可能對復習的準備有很多的疑問(wèn)。為了幫助考生正確的做好準備工作，學(xué)賽網(wǎng)研究生院特訪(fǎng)問(wèn)了我國著(zhù)名的計算機教育專(zhuān)家、湖南師范大學(xué)計算機軟件與理論/計算機應用技術(shù)碩士點(diǎn)專(zhuān)業(yè)課試題命題人張友生博士，請張博士對考試大綱進(jìn)行全面的解析。本文為大綱解析的第三篇：計算機組成原理知識點(diǎn)分析。

在計算機考研專(zhuān)業(yè)基礎課統考科目中，一共考查數據結構、操作系統、計算機組成原理、計算機網(wǎng)絡(luò )四門(mén)課程，滿(mǎn)分為150分，其中計算機組成原理占45分。

一、考查目標

(1) 理解單處理器計算機系統中各部件的內部工作原理、組成結構以及相互連接方式，具有完整的計算機系統的整機概念。

(2) 理解計算機系統層次化結構概念，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(shí)現方法。

(3) 能夠運用計算機組成的基本原理和基本方法，對有關(guān)計算機硬件系統中的理論和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行計算、分析，并能對一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設計。

二、知識點(diǎn)解析

在計算機組成原理方面，主要考查計算機系統基礎知識、數據的表示和運算、存儲器層次結構、指令系統、中央處理器、總線(xiàn)、輸入輸出系統。

1、計算機系統概述

學(xué)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(lèi)，以及計算機的基本工作過(guò)程。

從體系結構上來(lái)看，有多種不同類(lèi)型的計算機，那么這些不同的計算機誰(shuí)好誰(shuí)壞?如何評價(jià)?所以，還需要我們了解計算機性能評價(jià)指標和相關(guān)參數，包括吞吐量、響應時(shí)間;CPU時(shí)鐘周期、主頻、CPI、CPU執行時(shí)間;MIPS、MFLOPS等。

2、數據的表示和運算

我們日常所使用的是十進(jìn)制數據，但在計算機中，除了十進(jìn)制數據外，還有二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制表示方法，我們要掌握這些進(jìn)位計數制及其相互轉換的方法，要搞清楚真值(實(shí)際的數值)和機器數(計算機中表示的數值)之間的關(guān)系，特別是負數的各種表示。另外，還要理解BCD碼、字符與字符串的編碼方法，以及數據的校驗碼(奇偶校驗、CRC冗余校驗等)。

不管是哪種進(jìn)制和校驗方法，計算機中數據的表示有原碼、反碼、補碼等方法，我們要搞清楚它們之間的關(guān)聯(lián)與區別。

在計算機中對數據進(jìn)行計算，分為定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示。

在定點(diǎn)數的表示和運算方面，我們要掌握定點(diǎn)數的表示(無(wú)符號數的表示，有符號數的表示)和定點(diǎn)數的運算，包括定點(diǎn)數的位移運算、原碼定點(diǎn)數的加/減運算、補碼定點(diǎn)數的加/減運算、定點(diǎn)數的乘/除運算、溢出概念和判別方法。在浮點(diǎn)數的表示和運算方面，我們要掌握浮點(diǎn)數的表示(浮點(diǎn)數的表示范圍和IEEE754標準)和浮點(diǎn)數的加/減運算。

本知識點(diǎn)的后一個(gè)考點(diǎn)就是算術(shù)邏輯單元ALU，我們要掌握串行加法器和并行加法器、算術(shù)邏輯單元ALU的功能和結構。

3、存儲器層次結構

從整個(gè)計算機的存儲體系來(lái)看，可以看成是一個(gè)“Cache—內存—外存”三級結構，在這個(gè)層次化結構中，我們要掌握存儲器的分類(lèi)以及各類(lèi)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(內存)與CPU的連接和數據交換、雙口RAM和多模塊存儲器，還有就是外存儲器(在輸入輸出系統知識點(diǎn)中，做具體講解)。

在存儲器這個(gè)知識點(diǎn)中，2個(gè)很重要的考點(diǎn)是高速緩沖存儲器(Cache)和虛擬存儲器(在操作系統課程中，也會(huì )講解有關(guān)虛擬存儲器的知識點(diǎn))。

在CPU和內存之間增加一層Cache，其目的是為了解決CPU和內存的速度匹配問(wèn)題。在這一點(diǎn)，我們要掌握程序訪(fǎng)問(wèn)的局部性原理(時(shí)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(xiě)策略。

虛擬存儲器的重點(diǎn)在于“虛擬”二字，我們要掌握虛擬存儲器的基本概念及種類(lèi)，包括頁(yè)式虛擬存儲器、段式虛擬存儲器、段頁(yè)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(diǎn)和缺點(diǎn)。

4、指令系統

在指令系統知識點(diǎn)中，我們要掌握指令的格式(包括指令的基本格式、定長(cháng)操作碼指令格式、擴展操作碼指令格式)和各種尋址方式，還要能夠區分數據尋址和指令尋址的區別。

本知識點(diǎn)的另外一個(gè)重要考點(diǎn)就是CISC(復雜指令系統計算機)和RISC(精簡(jiǎn)指令系統計算機)，我們要掌握它們的基本概念、特征，以及它們之間的主要區別。

5、中央處理器

中央處理器，也就是我們常說(shuō)的CPU。在這個(gè)知識點(diǎn)，我們要掌握CPU的功能和基本結構，以及工作原理，具體包括指令執行過(guò)程、數據通路的功能和基本結構、控制器的功能和工作原理(硬布線(xiàn)控制器、微程序控制器)。特別是在微程序控制器考點(diǎn)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(gè)知識點(diǎn)中，一個(gè)重要的考點(diǎn)是流水線(xiàn)(主要是指令流水線(xiàn))。我們要搞清楚流水線(xiàn)的基本概念(包括超標量和動(dòng)態(tài)流水線(xiàn))，為什么需要流水線(xiàn)，流水線(xiàn)有哪些優(yōu)勢，哪些因素會(huì )影響流水線(xiàn)，等等。在這一點(diǎn)，有可能出現計算題，例如，求流水線(xiàn)的周期、求指令的執行時(shí)間。有關(guān)流水線(xiàn)，還有一些評價(jià)指標，例如流水線(xiàn)的吞吐率、加速比等。

6、總線(xiàn)

總線(xiàn)就是一組進(jìn)行互連和傳輸信息(指令、數據和地址)的信號線(xiàn)，我們要掌握總線(xiàn)的基本概念，總線(xiàn)的分類(lèi)，以及總線(xiàn)的組成和性能指標(例如，各類(lèi)總線(xiàn)的寬度會(huì )影響哪些部件的性能等)。

其次，就是要掌握總線(xiàn)仲裁方法(包括集中仲裁方式和分布仲裁方式)和總線(xiàn)操作和定時(shí)(包括同步定時(shí)方式和異步定時(shí)方式)。

后，就是要對總線(xiàn)的標準(正式標準和工業(yè)標準)有所了解，總線(xiàn)標準主要規定總線(xiàn)的機械結構規范、功能結構規范和電氣規范。

7、輸入輸出系統

在輸入輸出(I/O)系統知識點(diǎn)，我們首先要掌握I/O系統的基本概念，理解各種外部設備，其中包括輸入設備(鍵盤(pán)、鼠標、掃描儀等)、輸出設備(顯示器、打印機等)、外存儲器(硬盤(pán)存儲器、磁盤(pán)陣列、光盤(pán)存儲器等)。要理解這些設備的基本工作原理和常見(jiàn)的性能指標。例如顯示器的分辨率、磁盤(pán)的讀寫(xiě)時(shí)間等，特別是磁盤(pán)的有關(guān)讀寫(xiě)過(guò)程(尋道時(shí)間、等待時(shí)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(xún)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(guò)程，以及這些方式之間的區別、各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)、應用場(chǎng)合。在這些方式中，以程序中斷方式為考查重點(diǎn)，我們要掌握中斷的基本概念、中斷響應過(guò)程、中斷處理過(guò)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(lái)看，所要求的知識在一般的大學(xué)計算機組成原理教材中都已經(jīng)包含，所以，選擇哪本書(shū)并不是重要的事情。不過(guò)，根據希賽教育的推薦，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(shū)寫(xiě)得比較好，曾經(jīng)獲得優(yōu)秀教材稱(chēng)號，同時(shí)也是國家高等教育“十一五”教材。在學(xué)習的過(guò)程中，同樣，配以《計算機組成原理：學(xué)習指導與習題解答》(唐朔飛，高等教育出版社)。

2、學(xué)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、參數及使用方法，學(xué)懂簡(jiǎn)單、完備的單臺計算機的基本組成原理，學(xué)習計算機設計中的入門(mén)性知識，掌握維護、使用計算機的技能。

總的來(lái)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(shí)間去對相關(guān)概念、原理進(jìn)行識記。另外，就是有關(guān)參數和性能指標的計算和評價(jià)，這一塊是需要理解的，不能靠死記硬背。在學(xué)習計算機組成原理課程中，要注意以下幾方面的問(wèn)題：

(1)要正確理解考試大綱中規定的各種基本概念，掌握各概念中的要點(diǎn)。

(2)要能將有關(guān)的概念和原理聯(lián)系起來(lái)，不要孤立地學(xué)習各個(gè)部分的內容，比如數據表示、運算和運算器部件等，都要關(guān)聯(lián)起來(lái)。

(3)要把握重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，分清主次。所以，學(xué)習時(shí)要緊緊抓住考試大綱。(責任編輯：admin)