2012计算机大纲解析之计算机组成原理

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2012年计算机统考大纲已经公布，我们第一时间来解析一下计算机统考大纲的第二部分计算机组成原理及相关知识点：计算机组成原理部分也占了45分，是分值最高的两部分之一，可见计算机专业研究生选拔对计算机组成原理课程的要求之重。
        　　一、 大纲变化
        　　2012年计算机统考的计算机组成原理部分变化处数较多，主要出现在浮点数、存储器、指令流水线以及I/O接口，具体如下：
       

       

        　　
        　　总的来看，2012年计算机组成原理部分的大纲有删除也有增加，删除了浮点数的表示范围和程序访问的局部性原理，新增加了Flash存储器、指令流水线的基本实现和I/O地址空间及编码，删除的都是较偏的简单的内容，增加的特别是I/O地址空间及编码是较难的。总体难度有所加大。
        　　一、 重难点解析和复习建议
        　　(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。
        　　(三)复习方法
        　　1、教材的选择
        　　从考试大纲来看，所要求的知识在一般的大学计算机组成原理教材中都已经包含，所以，选择哪本书并不是最重要的事情。不过，根据跨考教育的推荐，对于计算机组成原理的复习，可以选择高等教育出版社的《计算机组成原理(第2版)(唐朔飞主编)，该书写得比较好，曾经获得优秀教材称号，同时也是国家高等教育“十一五”教材。在学习的过程中，同样，配以《计算机组成原理：学习指导与习题解答》(唐朔飞，高等教育出版社)。
        　　2、学习方法
        　　计算机组成原理的基本要求是使考生掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、参数及使用方法，学懂简单、完备的单台计算机的基本组成原理，学习计算机设计中的入门性知识，掌握维护、使用计算机的技能。
        　　总的来讲，计算机组成原理课程中属于记忆型的知识比较多，需要我们花时间去对相关概念、原理进行识记。另外，就是有关参数和性能指标的计算和评价，这一块是需要理解的，不能靠死记硬背。在学习计算机组成原理课程中，要注意以下几方面的问题：
        　　(1)要正确理解考试大纲中规定的各种基本概念，掌握各概念中的要点。
        　　(2)要能将有关的概念和原理联系起来，不要孤立地学习各个部分的内容，比如数据表示、运算和运算器部件等，都要关联起来。
        　　(3)要把握重点、难点问题，分清主次。所以，学习时要紧紧抓住考试大纲。