計(jì)算機(jī)組成原理

　　【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)際問題進(jìn)行計(jì)算、分析，對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì);并能對(duì)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言(如C語言)中的相關(guān)問題進(jìn)行分析。

　　一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

　　(一)計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程

　　(二)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

　　1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成

　　2.計(jì)算機(jī)硬件的基本組成

　　3.計(jì)算機(jī)軟件和硬件的關(guān)系

　　4.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作過程

　　(三)計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)

　　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、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS。

　　二、數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算

　　(一)數(shù)制與編碼

　　1.進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換

　　2.真值和機(jī)器數(shù)

　　3.BCD碼

　　4.字符與字符串

　　5.校驗(yàn)碼

　　(二)定點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算

　　1.定點(diǎn)數(shù)的表示

　　無符號(hào)數(shù)的表示，帶符號(hào)整數(shù)的表示。

　　2.定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算

　　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。

　　(三)浮點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算

　　1.浮點(diǎn)數(shù)的表示

　　IEEE754標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.浮點(diǎn)數(shù)的加/減運(yùn)算

　　(四)算術(shù)邏輯單元ALU

　　1.串行加法器和并行加法器

　　2.算術(shù)邏輯單元ALU的功能和結(jié)構(gòu)

　　三、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)

　　(一)存儲(chǔ)器的分類

　　(二)存儲(chǔ)器的層次化結(jié)構(gòu)

　　(三)半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

　　1.SRAM存儲(chǔ)器

　　2.DRAM存儲(chǔ)器

　　3.只讀存儲(chǔ)器

　　4.Flash存儲(chǔ)器

　　(四)主存儲(chǔ)器與CPU的連接

　　(五)雙口RAM和多模塊存儲(chǔ)器

　　(六)高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)

　　1.Cache的基本工作原理

　　2.Cach和主存之間的映射方式

　　3.Cache中主存塊的替換算法

　　4.Cache寫策略

　　(七)虛擬存儲(chǔ)器

　　1.虛擬存儲(chǔ)器的基本概念

　　2.頁式虛擬存儲(chǔ)器

　　3.段式虛擬存儲(chǔ)器

　　4.段頁式虛擬存儲(chǔ)器

　　5.TLB(快表)

　　四、指令系統(tǒng)

　　(一)指令格式

　　1.指令的基本格式

　　2.定長(zhǎng)操作碼指令格式

　　3.擴(kuò)展操作碼指令格式

　　(二)指令的尋址方式

　　1.有效地址的概念

　　2.數(shù)據(jù)尋址和指令尋址

　　3.常見尋址方式

　　(三)CISC和RISC的基本概念

　　五、中央處理器(CPU)

　　(一)CPU的功能和基本結(jié)構(gòu)

　　(二)指令執(zhí)行過程

　　(三)數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)

　　(四)控制器的功能和工作原理

　　1.硬布線控制器

　　2.微程序控制器

　　微程序、微指令和微命令，微指令格式，微命令的編碼方式，微地址的形成方式。

　　(五)指令流水線

　　1.指令流水線的基本概念

　　2.指令流水線的基本實(shí)現(xiàn)

　　3.超標(biāo)量和動(dòng)態(tài)流水線的基本概念

　　六、總線

　　(一)總線概述

　　1.總線的基本概念

　　2.總線的分類

　　3.總線的組成及性能指標(biāo)

　　(二)總線仲裁

　　1.集中仲裁方式

　　2.分布仲裁方式

　　(三)總線操作和定時(shí)

　　1.同步定時(shí)方式

　　2.異步定時(shí)方式

　　(四)總線標(biāo)準(zhǔn)

　　七、輸入輸出(I/O)系統(tǒng)

　　(一)I/O系統(tǒng)基本概念

　　(二)外部設(shè)備

　　1.輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)

　　2.輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)

　　3.外存儲(chǔ)器：硬盤存儲(chǔ)器、磁盤陣列、光盤存儲(chǔ)器

　　(三)I/O接口(I/O控制器)

　　1.I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)

　　2.I/O端口及其編址

　　(四)I/O方式

　　1.程序查詢方式

　　2.程序中斷方式

　　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。

　　3.DMA方式

　　DMA控制器的組成，DMA傳送過程。

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