計算機考研專業課考試知識點分析
計算機考研專業課考試知識點分析
編者按：為了幫助考生正確的做好準備工作，研究生院特訪問了我國著名的計算機教育專家、湖南師范大學計算機軟件與理論/計算機應用技術碩士點專業課試題命題人張友生博士，請張博士對考試大綱進行全面的解析。
在計算機考研專業基礎課統考科目中，一共考查數據結構、操作系統、計算機組成原理、計算機網絡四門課程，滿分為150分，其中計算機組成原理占45分。
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接方式，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，熟悉硬件與軟件之間的界面，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，對有關計算機硬件系統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、數據的表示和運算、存儲器層次結構、指令系統、中央處理器、總線、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，包括計算機硬件的基本組成(五大部件的構成)、計算機軟件的分類，以及計算機的基本工作過程。
從體系結構上來看，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參數，包括吞吐量、響應時間;CPU時鐘周期、主頻、CPI、CPU執行時間;MIPS、MFLOPS等。
2、數據的表示和運算
我們日常所使用的是十進制數據，但在計算機中，除了十進制數據外，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)之間的關系，特別是負數的各種表示。另外，還要理解BCD碼、字符與字符串的編碼方法，以及數據的.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，計算機中數據的表示有原碼、反碼、補碼等方法，我們要搞清楚它們之間的關聯與區別。
在計算機中對數據進行計算，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、溢出概念和判別方法。在浮點數的表示和運算方面，我們要掌握浮點數的表示(浮點數的表示范圍和IEEE754標準)和浮點數的加/減運算。
本知識點的最后一個考點就是算術邏輯單元ALU，我們要掌握串行加法器和并行加法器、算術邏輯單元ALU的功能和結構。
3、存儲器層次結構
從整個計算機的存儲體系來看，可以看成是一個“Cache—內存—外存”三級結構，在這個層次化結構中，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(內存)與CPU的連接和數據交換、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(在操作系統課程中，也會講解有關虛擬存儲器的知識點)。
在CPU和內存之間增加一層Cache，其目的是為了解決CPU和內存的速度匹配問題。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、擴展操作碼指令格式)和各種尋址方式，還要能夠區分數據尋址和指令尋址的區別。
本知識點的另外一個重要考點就是CISC(復雜指令系統計算機)和RISC(精簡指令系統計算機)，我們要掌握它們的基本概念、特征，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、數據通路的功能和基本結構、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(包括超標量和動態流水線)，為什么需要流水線，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，求流水線的周期、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、總線
總線就是一組進行互連和傳輸信息(指令、數據和地址)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(正式標準和工業標準)有所了解，總線標準主要規定總線的機械結構規范、功能結構規范和電氣規范。
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，理解各種外部設備，其中包括輸入設備(鍵盤、鼠標、掃描儀等)、輸出設備(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)的功能和基本結構、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別、各自的優點和缺點、應用場合。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，選擇哪本書并不是最重要的事情。不過，根據希賽教育的推薦，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、參數及使用方法，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于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，就是有關參數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系起來，不要孤立地學習各個部分的內容，比如數據表示、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。
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