09計算機考研專業課考試知識點分析：計算機組成原理

作者：張友生　來源：希賽教育
編者按：2009年是計算機專業考研專業基礎課首次實行全國統考，面對今年的改變，想報考計算機專業的考生可能對復習的準備有很多的疑問。為了幫助考生正確的做好準備工作，學賽網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。本文為大綱解析的第三篇：計算機組成原理知識點分析。
訪問本系列文章第一篇：2009年計算機專業考研專業課大綱解析
　　訪問本系列文章第二篇：2009年計算機考研專業課考試知識點分析：數據結構
 
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。
3、在線測試
因為研究生考試基本上是靠我們自己學習，那么學習完之后，如何知道學習的效果呢?這就需要多參加測試，特別是在線測試會對我們有很大的幫助。計算機考研專業課中有80分的單項選擇題，這是與軟考的考法一致的，從考試大綱來看，所考查的知識點比軟考要窄一些，要求也低一些。因此，在沒有看到真實試題之前，建議考生拿軟考上午試題(計算機組成原理知識部分)作為模擬測試。學賽網在線測試系統里面有很多軟考的試題和研究生考試試題可供考生進行模擬測試。這個系統的好處是，測試完畢，立即就可以知道自己的成績，知道自己錯在了什么地方。
4、關于培訓
從理想狀況來講，能夠靠自己的努力，就能學習好計算機組成原理課程，就能考好計算機專業研究生入學考試的專業基礎綜合課程，那是再好不過的了。但是，現實是殘酷的，特別是一些邊遠地區的考生，學校師資條件比較差，靠自己學習有一定難度。因此，考生普遍的心態就是想找個地方培訓。目前，進行研究生培訓的基本上都是面授，老師講幾十節課，分到計算機組成原理學科，也就是十多節課。十多節課是不可能幫我們學好計算機組成原理的。所以，我們還得靠自己學習!
不過，有一種方法，是值得推薦的，那就是在線輔導�？忌�首先把自己的實際情況向老師報告，然后，老師根據考生的情況制定個性化的學習計劃，考生根據這個計劃進行學習。在學習的過程中，遇到什么問題，可隨時向老師提問，老師實時在線解答。所以，這是一個長期的學習過程。而且，在線輔導還提供很多模擬試題，由學員在線測試，老師進行批改和試題講解。這些模擬試題是老師根據考試大綱來命題的，符合考試要求，對考生進行考前練習，起到十分關鍵的作用。