2012計(jì)算機(jī)考研大綱解析之計(jì)算機(jī)組成原理

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2012年計(jì)算機(jī)統(tǒng)考大綱已經(jīng)公布，我們第一時(shí)間來(lái)解析一下計(jì)算機(jī)統(tǒng)考大綱的第二部分計(jì)算機(jī)組成原理及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)組成原理部分也占了45分，是分值最高的兩部分之一，可見(jiàn)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)研究生選拔對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程的要求之重。

一、大綱變化

2012年計(jì)算機(jī)統(tǒng)考的計(jì)算機(jī)組成原理部分變化處數(shù)較多，主要出現(xiàn)在浮點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器、指令流水線(xiàn)以及I/O接口，具體如下：

總的來(lái)看，2012年計(jì)算機(jī)組成原理部分的大綱有刪除也有增加，刪除了浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍和程序訪(fǎng)問(wèn)的局部性原理，新增加了Flash存儲(chǔ)器、指令流水線(xiàn)的基本實(shí)現(xiàn)和I/O地址空間及編碼，刪除的都是較偏的簡(jiǎn)單的內(nèi)容，增加的特別是I/O地址空間及編碼是較難的。總體難度有所加大。

二、重難點(diǎn)解析和復(fù)習(xí)建議

(一)考查目標(biāo)

2012年的統(tǒng)考大綱對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理的考查目標(biāo)：1、理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念；2、理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法；3、能夠綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。

(二)重要知識(shí)點(diǎn)解析

在計(jì)算機(jī)組成原理方面，主要考查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線(xiàn)、輸入輸出系統(tǒng)。

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理之前，我們先要了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，搞清楚計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，包括計(jì)算機(jī)硬件的基本組成(五大部件的構(gòu)成)、計(jì)算機(jī)軟件的分類(lèi)，以及計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程。

從體系結(jié)構(gòu)上來(lái)看，有多種不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)，那么這些不同的計(jì)算機(jī)誰(shuí)好誰(shuí)壞？如何評(píng)價(jià)？所以，還需要我們了解計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和相關(guān)參數(shù)，包括吞吐量、響應(yīng)時(shí)間；CPU時(shí)鐘周期、主頻、CPI、CPU執(zhí)行時(shí)間；MIPS、MFLOPS等。

2、數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算

我們?nèi)粘Ｋ�使用的是十進(jìn)制數(shù)據(jù)，但在計(jì)算機(jī)中，除了十進(jìn)制數(shù)據(jù)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(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換的方法，要搞清楚真值(實(shí)際的數(shù)值)和機(jī)器數(shù)(計(jì)算機(jī)中表示的數(shù)值)之間的關(guān)系，特別是負(fù)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(yàn)碼(奇偶校驗(yàn)、CRC冗余校驗(yàn)等)。

不管是哪種進(jìn)制和校驗(yàn)方法，計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示有原碼、反碼、補(bǔ)碼等方法，我們要搞清楚它們之間的關(guān)聯(lián)與區(qū)別。

在計(jì)算機(jī)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分為定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示。

在定點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算方面，我們要掌握定點(diǎn)數(shù)的表示(無(wú)符號(hào)數(shù)的表示，有符號(hào)數(shù)的表示)和定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，包括定點(diǎn)數(shù)的位移運(yùn)算、原碼定點(diǎn)數(shù)的加/減運(yùn)算、補(bǔ)碼定點(diǎn)數(shù)的加/減運(yùn)算、定點(diǎn)數(shù)的乘/除運(yùn)算、溢出概念和判別方法。在浮點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算方面，我們要掌握浮點(diǎn)數(shù)的IEEE754標(biāo)準(zhǔn)和浮點(diǎn)數(shù)的加/減運(yùn)算，特別的，浮點(diǎn)數(shù)的范圍在2012年大綱中已經(jīng)刪除。

本知識(shí)點(diǎn)的最后一個(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(jié)構(gòu)。

3、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)

從整個(gè)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)體系來(lái)看，可以看成是一個(gè)“Cache—內(nèi)存—外存”三級(jí)結(jié)構(gòu)，在這個(gè)層次化結(jié)構(gòu)中，我們要掌握存儲(chǔ)器的分類(lèi)以及各類(lèi)存儲(chǔ)器的基本工作原理，包括半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM、DRAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)，掌握主存儲(chǔ)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(chǔ)器，還有就是Flash存儲(chǔ)器，這是2012年新增的考點(diǎn)。

在存儲(chǔ)器這個(gè)知識(shí)點(diǎn)中，2個(gè)很重要的考點(diǎn)是高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)和虛擬存儲(chǔ)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(wèn)題。在這一點(diǎn)，我們要掌握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(chǔ)器的重點(diǎn)在于“虛擬”二字，我們要掌握虛擬存儲(chǔ)器的基本概念及種類(lèi)，包括頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器、段式虛擬存儲(chǔ)器、段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器、TLB(快表)等，理解這些虛擬存儲(chǔ)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(tǒng)

在指令系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)中，我們要掌握指令的格式(包括指令的基本格式、定長(zhǎng)操作碼指令格式、擴(kuò)展操作碼指令格式)和各種尋址方式，還要能夠區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)尋址和指令尋址的區(qū)別。

本知識(shí)點(diǎn)的另外一個(gè)重要考點(diǎn)就是CISC(復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī))和RISC(精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī))，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(shuō)的CPU。在這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，我們要掌握CPU的功能和基本結(jié)構(gòu)，以及工作原理，具體包括指令執(zhí)行過(guò)程、數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)、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(shí)點(diǎn)中，一個(gè)最重要的考點(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(biāo)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(shì)，哪些因素會(huì)影響流水線(xiàn)等，此外，今年尤其需要注意的，2012年大綱增加了指令流水線(xiàn)的基本實(shí)現(xiàn)，也即我們還需要知道怎么去實(shí)現(xiàn)一個(gè)指令流水線(xiàn)。在這一點(diǎn)，有可能出現(xiàn)計(jì)算題，例如，求流水線(xiàn)的周期、求指令的執(zhí)行時(shí)間。

6、總線(xiàn)

總線(xiàn)就是一組進(jìn)行互連和傳輸信息(指令、數(shù)據(jù)和地址)的信號(hào)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(biāo)(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)。

最后，就是要對(duì)總線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)(正式標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))有所了解，總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定總線(xiàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范、功能結(jié)構(gòu)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(shí)點(diǎn)，我們首先要掌握I/O系統(tǒng)的基本概念，理解各種外部設(shè)備，其中包括輸入設(shè)備(鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀等)、輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)等)、外存儲(chǔ)器(硬盤(pán)存儲(chǔ)器、磁盤(pán)陣列、光盤(pán)存儲(chǔ)器等)。要理解這些設(shè)備的基本工作原理和常見(jiàn)的性能指標(biāo)。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(jié)構(gòu)、I/O端口及其編址方式以及今年新增的I/O地址空間及其編碼，這個(gè)新增考點(diǎn)是比較難的。

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(qū)別、各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)、應(yīng)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(yīng)過(guò)程、中斷處理過(guò)程、多重中斷和中斷屏蔽的概念。

(三)復(fù)習(xí)方法

1、教材的選擇

從考試大綱來(lái)看，所要求的知識(shí)在一般的大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理教材中都已經(jīng)包含，所以，選擇哪本書(shū)并不是最重要的事情。不過(guò)，根據(jù)跨考教育的推薦，對(duì)于計(jì)算機(jī)組成原理的復(fù)習(xí)，可以選擇高等教育出版社的《計(jì)算機(jī)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(hào)，同時(shí)也是國(guó)家高等教育“十一五”教材。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，同樣，配以《計(jì)算機(jī)組成原理：學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答》(唐朔飛，高等教育出版社)。

2、學(xué)習(xí)方法

計(jì)算機(jī)組成原理的基本要求是使考生掌握計(jì)算機(jī)常用的邏輯器件、部件的原理、參數(shù)及使用方法，學(xué)懂簡(jiǎn)單、完備的單臺(tái)計(jì)算機(jī)的基本組成原理，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的入門(mén)性知識(shí)，掌握維護(hù)、使用計(jì)算機(jī)的技能。

總的來(lái)講，計(jì)算機(jī)組成原理課程中屬于記憶型的知識(shí)比較多，需要我們花時(shí)間去對(duì)相關(guān)概念、原理進(jìn)行識(shí)記。另外，就是有關(guān)參數(shù)和性能指標(biāo)的計(jì)算和評(píng)價(jià)，這一塊是需要理解的，不能靠死記硬背。在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)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(guī)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(xí)各個(gè)部分的內(nèi)容，比如數(shù)據(jù)表示、運(yùn)算和運(yùn)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(xí)時(shí)要緊緊抓住考試大綱。