計算機考研專業課考試知識點分析:組成原理

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計算考研專業基礎課統考科目中,一共考查資料結構、作業系統、計算機組成原理、計算機網路四門課程,滿分為150分,其中計算機組成原理佔45分。

計算機考研專業課考試知識點分析:組成原理

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線方式,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,熟悉硬體與軟體之間的介面,掌握指令集體系結構的基本知識和基本實現方法。

(3) 能夠運用計算機組成的基本原理和基本方法,對有關計算機硬體系統中的理論和實際問題進行計算、分析,並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基礎知識、資料的表示和運算、儲存器層次結構、指令系統、中央處理器、匯流排、輸入輸出系統。

1、計算機系統概述

學習計算機組成原理之前,我們先要了解計算機的發展歷程,搞清楚計算機的系統層次結構,包括計算機硬體的基本組成(五大部件的構成)、計算機軟體的分類,以及計算機的基本工作過程。

從體系結構上來看,有多種不同型別的計算機,那麼這些不同的計算機誰好誰壞?如何評價?所以,還需要我們瞭解計算機效能評價指標和相關引數,包括吞吐量、響應時間;CPU時鐘週期、主頻、CPI、CPU執行時間;MIPS、MFLOPS等。

2、資料的表示和運算

我們日常所使用的是十進位制資料,但在計算機中,除了十進位制資料外,還有二進位制、八進位制、十六進位制表示方法,我們要掌握這些進位計數制及其相互轉換的方法,要搞清楚真值(實際的數值)和機器數(計算機中表示的數值)之間的關係,特別是負數的各種表示。另外,還要理解BCD碼、字元與字串的編碼方法,以及資料的校驗碼(奇偶校驗、CRC冗餘校驗等)。

不管是哪種進位制和校驗方法,計算機中資料的表示有原碼、反碼、補碼等方法,我們要搞清楚它們之間的關聯與區別。

在計算機中對資料進行計算,分為定點表示和浮點表示。

在定點數的表示和運算方面,我們要掌握定點數的表示(無符號數的表示,有符號數的表示)和定點數的運算,包括定點數的位移運算、原碼定點數的加/減運算、補碼定點數的加/減運算、定點數的乘/除運算、溢位概念和判別方法。在浮點數的表示和運算方面,我們要掌握浮點數的表示(浮點數的表示範圍和IEEE754標準)和浮點數的加/減運算。

本知識點的最後一個考點就是算術邏輯單元ALU,我們要掌握序列加法器和並行加法器、算術邏輯單元ALU的功能和結構。

3、儲存器層次結構

從整個計算機的儲存體系來看,可以看成是一個"Cache-記憶體-外存"三級結構,在這個層次化結構中,我們要掌握儲存器的分類以及各類儲存器的基本工作原理,包括半導體隨機存取儲存器(SRAM、DRAM)、只讀儲存器(ROM),掌握主儲存器(記憶體)與CPU的連線和資料交換、雙口RAM和多模組儲存器,還有就是外儲存器(在輸入輸出系統知識點中,做具體講解)。

在儲存器這個知識點中,2個很重要的考點是高速緩衝儲存器(Cache)和虛擬儲存器(在作業系統課程中,也會講解有關虛擬儲存器的知識點)。

在CPU和記憶體之間增加一層Cache,其目的是為了解決CPU和記憶體的速度匹配問題。在這一點,我們要掌握程式訪問的區域性性原理(時間區域性性、空間區域性性)、Cache的基本工作原理(命中率)、Cache和主存之間的對映方式、Cache中主存塊的替換演算法,以及Cache寫策略。

虛擬儲存器的重點在於"虛擬"二字,我們要掌握虛擬儲存器的基本概念及種類,包括頁式虛擬儲存器、段式虛擬儲存器、段頁式虛擬儲存器、TLB(快表)等,理解這些虛擬儲存器的基本原理、碎片的處理,各種方法的優點和缺點。

4、指令系統

在指令系統知識點中,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、擴充套件操作碼指令格式)和各種定址方式,還要能夠區分資料定址和指令定址的區別。

本知識點的另外一個重要考點就是CISC(複雜指令系統計算機)和RISC(精簡指令系統計算機),我們要掌握它們的`基本概念、特徵,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,具體包括指令執行過程、資料通路的功能和基本結構、控制器的功能和工作原理(硬佈線控制器、微程式控制器)。特別是在微程式控制器考點中,要掌握微程式、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(包括超純量和動態流水線),為什麼需要流水線,流水線有哪些優勢,哪些因素會影響流水線,等等。在這一點,有可能出現計算題,例如,求流水線的週期、求指令的執行時間。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、匯流排

匯流排就是一組進行互連和傳輸資訊(指令、資料和地址)的訊號線,我們要掌握匯流排的基本概念,匯流排的分類,以及匯流排的組成和效能指標(例如,各類匯流排的寬度會影響哪些部件的效能等)。

其次,就是要掌握匯流排仲裁方法(包括集中仲裁方式和分佈仲裁方式)和匯流排操作和定時(包括同步定時方式和非同步定時方式)。

最後,就是要對匯流排的標準(正式標準和工業標準)有所瞭解,匯流排標準主要規定匯流排的機械結構規範、功能結構規範和電氣規範。

7、輸入輸出系統

在輸入輸出(I/O)系統知識點,我們首先要掌握I/O系統的基本概念,理解各種外部裝置,其中包括輸入裝置(鍵盤、滑鼠、掃描器等)、輸出裝置(顯示器、印表機等)、外儲存器(硬碟儲存器、磁碟陣列、光碟儲存器等)。要理解這些裝置的基本工作原理和常見的效能指標。例如顯示器的解析度、磁碟的讀寫時間等,特別是磁碟的有關讀寫過程(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介面(I/O控制器)的功能和基本結構、I/O埠及其編址方式。

在I/O方式中,主要掌握程式查詢方式、程式中斷方式、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別、各自的優點和缺點、應用場合。在這些方式中,以程式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、多重中斷和中斷遮蔽的概念。

三、複習方法

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包含,所以,選擇哪本書並不是最重要的事情。不過,根據希賽教育的推薦,對於計算機組成原理的複習,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,曾經獲得優秀教材稱號,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、引數及使用方法,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於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,就是有關引數和效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絡起來,不要孤立地學習各個部分的內容,比如資料表示、運算和運算器部件等,都要關聯起來。

(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。