計算機 - 話題

2009年是計算機專業(yè)考研專業(yè)基礎(chǔ)課首次實行全國統(tǒng)考。在計算機考研專業(yè)基礎(chǔ)課統(tǒng)考科目中，計算機組成原理占45分，所占分值較大。
　　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(jié)構(gòu)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(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(guān)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(shè)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(chǔ)知識、數(shù)據(jù)的表示和運算、存儲器層次結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)，包括計算機硬件的基本組成(五大部件的構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)參數(shù)，包括吞吐量、響應(yīng)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�使用的是十進制數(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(zhuǎn)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(guān)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(guān)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(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、存儲器層次結(jié)構(gòu)

　　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(jié)構(gòu)，在這個層次化結(jié)構(gòu)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(在輸入輸出系統(tǒng)知識點中，做具體講解)。

　　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(在操作系統(tǒng)課程中，也會講解有關(guān)虛擬存儲器的知識點)。

　　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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)、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(guān)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(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(shè)備，其中包括輸入設(shè)備(鍵盤、鼠標、掃描儀等)、輸出設(shè)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(shè)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(guān)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(jié)構(gòu)、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(yīng)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(yīng)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)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(shè)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(guān)概念、原理進行識記。另外，就是有關(guān)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(guān)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(guān)聯(lián)起來。

　　(3)要把握重點、難點問題，分清主次。所以，學習時要緊緊抓住綱

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