正在播放：计算机组成原理（华中科技大学）

一、考试目标

针对课程特点，要求参试者需要掌握基本的概念定义，能够运用相关原理来分析问题，具体如下：

1. 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及彼此连接方式，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。并能对高级程序设计语言(如C语言)中的相关问题进行分析。

二、考试内容与要求

一、计算机系统概述

1、考试内容

（一）计算机发展历程

（二）计算机系统层次结构

1）计算机系统的基本组成；

2）计算机硬件的基本组成；

3）计算机软件和硬件的关系；

4）计算机的工作过程。

（三）计算机性能指标

吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频CPI、CPU 执行时间、MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS。

2、考试要求

1）了解计算机的类型

2）掌握计算机的硬件组成部件及其作用

3）掌握软件有关概念

4）掌握计算机系统的层次结构

二、运算方法和运算器

1、考试内容

（一）数制与编码

1）进位计数制及其彼此转换；

2）真值和机器数；

3）BCD 码；

4）字符与字符串；

5）校验码

（二）定点数的表示和运算

1）定点数的表示：无符号数的表示；有符号数的表示。

2）定点数的运算：

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。

（三）浮点数的表示和运算

1）浮点数的表示 ：浮点数的表示范围；IEEE754 标准。

2）浮点数的加/减运算。

（四）算术逻辑单元 ALU

1）逻辑运算 ；

2）算术逻辑单元 ALU 的功能和结构

3）浮点运算器

2、考试要求

掌握数据的定点格式，定点整数的表达范围，有符号数和无符号数

掌握浮点格式的表达，熟悉浮点数的规格化，掌握规格化单精度浮点数与实数的彼此转换

掌握定点整数的补码、反码、原码和移码表示法，掌握BCD码、ASCII码的编码规律

区别汉字输入编码、机内码、字模码和汉字交换码

理解检验码的作用，掌握奇偶校验以及检错能力

理解补码的加法运算和减法运算规律

熟悉溢出的概念，理解上溢（正溢）和下溢（负溢）的概念以及符号位检测方法

掌握ALU功能及作用

了解内部总线和外部总线、单向总线和双向总线的概念

理解浮点加减法的操作过程，了解其中对阶、规格化、舍入处理的作用

三、多层次的存储器

1、考试内容

（一）存储器的分类

（二）存储器的层次化结构

（三）半导体随机存取存储器

1）SRAM 存储器的工作原理；

2）DRAM 存储器的工作原理；

3）位扩展与字扩展的含义与和作用

（四）只读存储器和闪带存储器器

（五）并行存储：双口 RAM 和多模块存储器

（六）高速缓冲存储器（Cache）

1）程序拜候的局部性原理 ；

2）Cache 的基本工作原理；

3）Cache 和主存之间的映射方式；

4）Cache 中主存块的替换算法；

5）Cache 写策略。

（七）虚拟存储器

1）虚拟存储器的基本概念；

2）页式虚拟存储器；

3）段式虚拟存储器；

4）段页式虚拟存储器；

2、考试要求

熟悉存储系统的分级（层次）结构，掌握存储拜候的局部性原理

理解存储容量、存取时间、存取周期、存储器带宽的概念

掌握SRAM和DRAM的特点

掌握位扩展和字扩展的含义和作用，掌握芯片扩展与芯片容量的关系

了解DRAM的行地址和列地址，理解DRAM的刷新操作和方法

了解ROM芯片的类型和各自特点

掌握Cache的功能和基本原理，掌握命中率、平均拜候时间和拜候效率的计算方法

理解Cache的地址映射的作用，掌握全相联、直接和组相联映射的原理和特点，理解Cache的写操作策略

掌握虚拟存储器的功能、物理地址和虚拟（逻辑）地址的概念

熟悉页式和段式虚拟存储器的办理和地址转换

四、指令系统

1、考试内容

（一）指令格式

1）指令的基本格式； 2）定长操作码指令格式 ；3）扩展操作码指令格式 。

（二）指令的寻址方式

1）有效地址的概念；2）数据寻址和指令寻址； 3）常见寻址方式。

（三）CISC 和 RISC 的基本概念

2、考试要求

掌握指令、指令系统、指令格式、操作码、地址码、指令助记符的概念

理解寻址方式的含义，区别指令寻址和数据寻址

掌握数据的隐含寻址、立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对（基址）寻址

熟悉堆栈的拜候原理，理解进栈PUSH和出栈POP操作

熟悉指令系统包含的基本指令类型

掌握CISC和RISC的含义，掌握RISC的主要特点

五、中央处理器（CPU）

1、考试内容

（一）CPU 的功能和基本结构

（二）指令执行过程

（三）数据通路的功能和基本结构

（四）控制器的功能和工作原理

1）硬布线控制器 ；

2）微程序控制器 ：微程序、微指令和微命令；微命令格式；微指令的 编码方式；微地址的形式方式。

（五）指令流水线

1）指令流水线的基本概念 ；

2）指令流水线的基本实现；

3）超标量和动态流水线的基本概 念。

2、考试要求

熟悉CPU的基本模型和主要寄存器的作用

理解指令周期、CPU周期（机器周期、总线周期）和时钟周期（T周期）的概念和区别

了解CLA、ADD、STA和JMP指令在CPU基本模型的执行过程

理解微程序控制器和硬布线控制器的实现特点

了解微命令、微操作、微指令和微程序的概念

熟悉并行性的概念和提高并行性的技术途径

六、总线系统

1、考试内容

（一）总线概述

1）总线的基本概念； 2）总线的分类 ；3）总线的组成及性能指标 。

（二）总线仲裁

1）集中仲裁方式 ；2）分布仲裁方式 。

（三）总线操作和按时

1）同步按时方式； 2）异步按时方式。

（四）总线标准

2、考试要求

理解内部总线、系统总线和I/O总线（芯片总线、内总线和外总线）的分类

掌握单总线、双总线和三总线结构

掌握总线仲裁的作用，了解集中仲裁和分布仲裁思想

了解各种总线数据传送模式

了解PCI总线、ISA总线、SCSI总线和IEEE1394总线的特点

七、外存与I/O设备

1、考试内容

（一）I/O 系统基本概念

（二）外部设备

1）输入设备：键盘、鼠标；

2）输出设备：显示器、打印机 ；

3）外存储器：硬盘存储器、 磁盘阵列、光盘存储器 。

2、考试要求

理解I/O接口的作用，熟悉I/O端口的编址方式

掌握磁面、磁道、磁柱、扇区的概念，以及磁盘信息的分布特点

八、输入输出（I/O）系统

1、考试内容

（一）I/O 系统基本概念

（二）外部设备

1）输入设备：键盘、鼠标；

2）输出设备：显示器、打印机 ；

3）外存储器：硬盘存储器、 磁盘阵列、光盘存储器 。

（三）I/O 接口(I/O 控制器)

1）I/O 接口的功能和基本结构 ；2）I/O 端口及其编址 。

（四）I/O 方式

1）程序查询方式；

2）程序中断方式 ：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；

3）DMA 方式 ：DMA 控制器的组成、DMA 传送过程；

4）通道

2、考试要求

熟悉查询传送方式的过程

理解中断源、内部中断（异常）和外部中断的概念

掌握可屏蔽中断传送方式的过程及其相关概念

理解向量地址、中断优先权、中断嵌套的含义，理解中断控制器的作用

理解DMA传送方式的特点，掌握DMA传送的工作过程

理解CPU暂停、周期挪用、交替拜候的区别

理解通道的组成结构和类型

三、试题结构与题型

题型包罗单项选择题、判断题、简答题、计算题和设计题。试卷分数满分为100分。

单项选择题示例如下：

1．冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是 ( )

A. 多指令流单数据流； B. 按地址拜候并挨次执行指令；

C. 堆栈操作； D. 存贮器按内容选择地址。

判断题示例如下：

1．寄存器间接寻址方式中，操作数在主存单元。（√）

简答题示例如下：

1. 为什么在计算机系统中引入DMA方式来交换数据？若使用总线周期挪用方式，DMA控制器占用总线进行数据交换期间，CPU处于何种状态？