2013年考研计算机组成原理复习资料
专业课
时间: 2019-03-09 12:15:58
作者: 匿名
（一）考查目标
2012年的统考大纲对计算机组成原理的考查目标：1、理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念；2、理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法；3、能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。
（二）重要知识点解析
在计算机组成原理方面，主要考查计算机系统基础知识、数据的表示和运算、存储器层次结构、指令系统、中央处理器、总线、输入输出系统。
1、计算机系统概述
学习计算机组成原理之前，我们先要了解计算机的发展历程，搞清楚计算机的系统层次结构，包括计算机硬件的基本组成(五大部件的构成)、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程。
从体系结构上来看，有多种不同类型的计算机，那么这些不同的计算机谁好谁坏？如何评价？所以，还需要我们了解计算机性能评价指标和相关参数，包括吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS等。
2、数据的表示和运算
我们日常所使用的是十进制数据，但在计算机中，除了十进制数据外，还有二进制、八进制、十六进制表示方法，我们要掌握这些进位计数制及其相互转换的方法，要搞清楚真值(实际的数值)和机器数(计算机中表示的数值)之间的关系，特别是负数的各种表示。另外，还要理解BCD码、字符与字符串的编码方法，以及数据的校验码(奇偶校验、CRC冗余校验等)。
不管是哪种进制和校验方法，计算机中数据的表示有原码、反码、补码等方法，我们要搞清楚它们之间的关联与区别。
在计算机中对数据进行计算，分为定点表示和浮点表示。
在定点数的表示和运算方面，我们要掌握定点数的表示(无符号数的表示，有符号数的表示)和定点数的运算，包括定点数的位移运算、原码定点数的加/减运算、补码定点数的加/减运算、定点数的乘/除运算、溢出概念和判别方法。在浮点数的表示和运算方面，我们要掌握浮点数的IEEE754标准和浮点数的加/减运算，特别的，浮点数的范围在2012年大纲中已经删除。
本知识点的最后一个考点就是算术逻辑单元ALU，我们要掌握串行加法器和并行加法器、算术逻辑单元ALU的功能和结构。
3、存储器层次结构
从整个计算机的存储体系来看，可以看成是一个“Cache—内存—外存”三级结构，在这个层次化结构中，我们要掌握存储器的分类以及各类存储器的基本工作原理，包括半导体随机存取存储器(SRAM、DRAM)、只读存储器(ROM)，掌握主存储器(内存)与CPU的连接和数据交换、双口RAM和多模块存储器，还有就是Flash存储器，这是2012年新增的考点。
在存储器这个知识点中，2个很重要的考点是高速缓冲存储器(Cache)和虚拟存储器。
在CPU和内存之间增加一层Cache，其目的是为了解决CPU和内存的速度匹配问题。在这一点，我们要掌握Cache的基本工作原理(命中率)、Cache和主存之间的映射方式、Cache中主存块的替换算法，以及Cache写策略。
虚拟存储器的重点在于“虚拟”二字，我们要掌握虚拟存储器的基本概念及种类，包括页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚拟存储器、TLB(快表)等，理解这些虚拟存储器的基本原理、碎片的处理，各种方法的优点和缺点。
4、指令系统
在指令系统知识点中，我们要掌握指令的格式(包括指令的基本格式、定长操作码指令格式、扩展操作码指令格式)和各种寻址方式，还要能够区分数据寻址和指令寻址的区别。
本知识点的另外一个重要考点就是CISC(复杂指令系统计算机)和RISC(精简指令系统计算机)，我们要掌握它们的基本概念、特征，以及它们之间的主要区别。
5、中央处理器
中央处理器，也就是我们常说的CPU。在这个知识点，我们要掌握CPU的功能和基本结构，以及工作原理，具体包括指令执行过程、数据通路的功能和基本结构、控制器的功能和工作原理(硬布线控制器、微程序控制器)。特别是在微程序控制器考点中，要掌握微程序、微指令和微命令，微指令的编码方式，以及微地址的形式方式。
在这个知识点中，一个最重要的考点是流水线(主要是指令流水线)。我们要搞清楚流水线的基本概念(包括超标量和动态流水线)，为什么需要流水线，流水线有哪些优势，哪些因素会影响流水线等，此外，今年尤其需要注意的，2012年大纲增加了指令流水线的基本实现，也即我们还需要知道怎么去实现一个指令流水线。在这一点，有可能出现计算题，例如，求流水线的周期、求指令的执行时间。
6、总线
总线就是一组进行互连和传输信息(指令、数据和地址)的信号线，我们要掌握总线的基本概念，总线的分类，以及总线的组成和性能指标(例如，各类总线的宽度会影响哪些部件的性能等)。
其次，就是要掌握总线仲裁方法(包括集中仲裁方式和分布仲裁方式)和总线操作和定时(包括同步定时方式和异步定时方式)。
最后，就是要对总线的标准(正式标准和工业标准)有所了解，总线标准主要规定总线的机械结构规范、功能结构规范和电气规范。
7、输入输出系统
在输入输出(I/O)系统知识点，我们首先要掌握I/O系统的基本概念，理解各种外部设备，其中包括输入设备(键盘、鼠标、扫描仪等)、输出设备(显示器、打印机等)、外存储器(硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器等)。要理解这些设备的基本工作原理和常见的性能指标。例如显示器的分辨率、磁盘的读写时间等，特别是磁盘的有关读写过程(寻道时间、等待时间等)，是一定要掌握的。
其次，我们要掌握I/O接口(I/O控制器)的功能和基本结构、I/O端口及其编址方式以及今年新增的I/O地址空间及其编码，这个新增考点是比较难的。
在I/O方式中，主要掌握程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式的基本概念、工作原理和过程，以及这些方式之间的区别、各自的优点和缺点、应用场合。在这些方式中，以程序中断方式为考查重点，我们要掌握中断的基本概念、中断响应过程、中断处理过程、多重中断和中断屏蔽的概念。
2012年的统考大纲对计算机组成原理的考查目标：1、理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念；2、理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法；3、能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。
（二）重要知识点解析
在计算机组成原理方面，主要考查计算机系统基础知识、数据的表示和运算、存储器层次结构、指令系统、中央处理器、总线、输入输出系统。
1、计算机系统概述
学习计算机组成原理之前，我们先要了解计算机的发展历程，搞清楚计算机的系统层次结构，包括计算机硬件的基本组成(五大部件的构成)、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程。
从体系结构上来看，有多种不同类型的计算机，那么这些不同的计算机谁好谁坏？如何评价？所以，还需要我们了解计算机性能评价指标和相关参数，包括吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS等。
2、数据的表示和运算
我们日常所使用的是十进制数据，但在计算机中，除了十进制数据外，还有二进制、八进制、十六进制表示方法，我们要掌握这些进位计数制及其相互转换的方法，要搞清楚真值(实际的数值)和机器数(计算机中表示的数值)之间的关系，特别是负数的各种表示。另外，还要理解BCD码、字符与字符串的编码方法，以及数据的校验码(奇偶校验、CRC冗余校验等)。
不管是哪种进制和校验方法，计算机中数据的表示有原码、反码、补码等方法，我们要搞清楚它们之间的关联与区别。
在计算机中对数据进行计算，分为定点表示和浮点表示。
在定点数的表示和运算方面，我们要掌握定点数的表示(无符号数的表示，有符号数的表示)和定点数的运算，包括定点数的位移运算、原码定点数的加/减运算、补码定点数的加/减运算、定点数的乘/除运算、溢出概念和判别方法。在浮点数的表示和运算方面，我们要掌握浮点数的IEEE754标准和浮点数的加/减运算，特别的，浮点数的范围在2012年大纲中已经删除。
本知识点的最后一个考点就是算术逻辑单元ALU，我们要掌握串行加法器和并行加法器、算术逻辑单元ALU的功能和结构。
3、存储器层次结构
从整个计算机的存储体系来看，可以看成是一个“Cache—内存—外存”三级结构，在这个层次化结构中，我们要掌握存储器的分类以及各类存储器的基本工作原理，包括半导体随机存取存储器(SRAM、DRAM)、只读存储器(ROM)，掌握主存储器(内存)与CPU的连接和数据交换、双口RAM和多模块存储器，还有就是Flash存储器，这是2012年新增的考点。
在存储器这个知识点中，2个很重要的考点是高速缓冲存储器(Cache)和虚拟存储器。
在CPU和内存之间增加一层Cache，其目的是为了解决CPU和内存的速度匹配问题。在这一点，我们要掌握Cache的基本工作原理(命中率)、Cache和主存之间的映射方式、Cache中主存块的替换算法，以及Cache写策略。
虚拟存储器的重点在于“虚拟”二字，我们要掌握虚拟存储器的基本概念及种类，包括页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚拟存储器、TLB(快表)等，理解这些虚拟存储器的基本原理、碎片的处理，各种方法的优点和缺点。
4、指令系统
在指令系统知识点中，我们要掌握指令的格式(包括指令的基本格式、定长操作码指令格式、扩展操作码指令格式)和各种寻址方式，还要能够区分数据寻址和指令寻址的区别。
本知识点的另外一个重要考点就是CISC(复杂指令系统计算机)和RISC(精简指令系统计算机)，我们要掌握它们的基本概念、特征，以及它们之间的主要区别。
5、中央处理器
中央处理器，也就是我们常说的CPU。在这个知识点，我们要掌握CPU的功能和基本结构，以及工作原理，具体包括指令执行过程、数据通路的功能和基本结构、控制器的功能和工作原理(硬布线控制器、微程序控制器)。特别是在微程序控制器考点中，要掌握微程序、微指令和微命令，微指令的编码方式，以及微地址的形式方式。
在这个知识点中，一个最重要的考点是流水线(主要是指令流水线)。我们要搞清楚流水线的基本概念(包括超标量和动态流水线)，为什么需要流水线，流水线有哪些优势，哪些因素会影响流水线等，此外，今年尤其需要注意的，2012年大纲增加了指令流水线的基本实现，也即我们还需要知道怎么去实现一个指令流水线。在这一点，有可能出现计算题，例如，求流水线的周期、求指令的执行时间。
6、总线
总线就是一组进行互连和传输信息(指令、数据和地址)的信号线，我们要掌握总线的基本概念，总线的分类，以及总线的组成和性能指标(例如，各类总线的宽度会影响哪些部件的性能等)。
其次，就是要掌握总线仲裁方法(包括集中仲裁方式和分布仲裁方式)和总线操作和定时(包括同步定时方式和异步定时方式)。
最后，就是要对总线的标准(正式标准和工业标准)有所了解，总线标准主要规定总线的机械结构规范、功能结构规范和电气规范。
7、输入输出系统
在输入输出(I/O)系统知识点，我们首先要掌握I/O系统的基本概念，理解各种外部设备，其中包括输入设备(键盘、鼠标、扫描仪等)、输出设备(显示器、打印机等)、外存储器(硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器等)。要理解这些设备的基本工作原理和常见的性能指标。例如显示器的分辨率、磁盘的读写时间等，特别是磁盘的有关读写过程(寻道时间、等待时间等)，是一定要掌握的。
其次，我们要掌握I/O接口(I/O控制器)的功能和基本结构、I/O端口及其编址方式以及今年新增的I/O地址空间及其编码，这个新增考点是比较难的。
在I/O方式中，主要掌握程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式的基本概念、工作原理和过程，以及这些方式之间的区别、各自的优点和缺点、应用场合。在这些方式中，以程序中断方式为考查重点，我们要掌握中断的基本概念、中断响应过程、中断处理过程、多重中断和中断屏蔽的概念。