計算機組成原理考研輔導(dǎo)

前言

從2009年開始，教育部決定對全國計算機學(xué)科碩士研究生入學(xué)考試采取專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試的形式，也就是通常說的全國統(tǒng)考。在統(tǒng)考科目中，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成原理、操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)4門課程，總分為150分，其中計算機組成原理占45分，占到30%，分量較重。計算機組成原理課程的復(fù)習(xí)效果對專業(yè)課程考試得分起重要作用。“計算機組成原理”課程是計算機專業(yè)本科階段極其重要的一門課程，也是一門教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)習(xí)難度大的課程。原因有三個：一是教學(xué)內(nèi)容偏重硬件，直接應(yīng)用目標不是很清晰，學(xué)生的重視程度不夠；二是課程教學(xué)以課堂講授知識點為主，缺乏必要的教學(xué)實踐支持，與課程具有大量技術(shù)性、工程性的教學(xué)內(nèi)容特點不吻合；三是部分授課教師本身缺乏工程設(shè)計背景，授課過程中往往限于書本字面內(nèi)容，對部分關(guān)鍵內(nèi)容的把握有時不是特別精準。本課程圍繞單CPU計算機硬件系統(tǒng)的基本組成和工作原理，系統(tǒng)地講述計算機硬件系統(tǒng)及其功能部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能特征、工作原理、交互方式和基本設(shè)計方法，使學(xué)生系統(tǒng)地理解計算機硬件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握計算機硬件系統(tǒng)的基本分析與設(shè)計方法。主要內(nèi)容包括計算機組成概述、數(shù)值的機器表示與運算、存儲系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線、輸入/輸出系統(tǒng)等，它們已經(jīng)被納入考研內(nèi)容的范圍。課程教學(xué)內(nèi)容的特點和難點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)內(nèi)容比較凌亂，條理有點繁雜，講課過程中一般性的敘述多，涉及的實際例子往往不能給人以較深刻、準確的印象，課程整體內(nèi)容比較難以梳理清晰。(2)計算機是一個內(nèi)部運行狀態(tài)不能直接觀察、高度復(fù)雜的封閉式系統(tǒng)，信息（指令、數(shù)據(jù)、控制信號）以一定的時間序列在計算機內(nèi)部各部件之間保存、運算、傳送，比較難以敘述、展現(xiàn)清楚，而這恰是計算機組成原理課程的主要內(nèi)容，比較難以理解到位。(3)適當?shù)慕虒W(xué)實驗是學(xué)好計算機組成原理課程的重要環(huán)節(jié)，但由于有些教學(xué)單位缺乏必要的實驗條件，或者一些教師和學(xué)生對此重視不夠，使原本是很實際的、活生生的計算機組成變成了比較空泛、比較抽象、生硬死板的說教式的文字表述，加重了前兩條說的課程整體內(nèi)容難以梳理清晰、關(guān)鍵內(nèi)容難以理解到位的矛盾。

內(nèi)容概要

　　本書共分7章，與《計算機學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試大綱》中給出的章節(jié)順序和規(guī)定的考試內(nèi)容保持一致。每一章由考試內(nèi)容范圍、重點知識講解、典型例題解答、習(xí)題與習(xí)題答案4部分內(nèi)容組成。本書強調(diào)能夠把 “計算機組成原理”課程的整體內(nèi)容和各部分知識的關(guān)聯(lián)性梳理清晰，把重點的基礎(chǔ)知識、基本概念和基本技能理解得更精準和更到位一些，對計算機各個部件的功能和整機系統(tǒng)的運行機制能夠了解，為此很關(guān)注重點知識講解部分，典型例題解答所占比例較大?！　”緯m合作為報考計算機學(xué)科碩士研究生人員的參考書，對希望用較少時間初步了解計算機組成原理課程教學(xué)內(nèi)容的人員也有參考價值。

書籍目錄

第1章 計算機系統(tǒng)概述　1.1 計算機的發(fā)展歷程　　1.1.1 計算機的產(chǎn)生、發(fā)展與應(yīng)用　　1.1.2 計算機的分類　1.2 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)　　1.2.1 計算機硬件的基本組成　　1.2.2 計算機使用三個級別的語言　　1.2.3 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)　　1.2.4 計算機的工作過程　1.3 計算機系統(tǒng)技術(shù)與性能指標　　1.3.1 計算機系統(tǒng)技術(shù)與性能指標的描述　　1.3.2 幾個專業(yè)術(shù)語和概念　1.4 典型例題解答　1.5 習(xí)題　　1.5.1 選擇（單選）和填空題　　1.5.2 綜合應(yīng)用與簡答題　1.6 習(xí)題答案　　1.6.1 選擇（單選）和填空題答案　　1.6.2 綜合應(yīng)用與簡答題答案第2章 數(shù)據(jù)的表示和運算　2.1 數(shù)制與編碼　　2.1.1 進位計數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換　　2.1.2 字符與字符串　　2.1.3 校驗碼　2.2 定點數(shù)的表示和運算　　2.2.1 定點數(shù)的表示　　2.2.2 定點數(shù)的運算　2.3 浮點數(shù)的表示和運算　　2.3.1 浮點數(shù)的表示　　2.3.2 浮點數(shù)的加/減運算　2.4 算術(shù)邏輯單元　　2.4.1 串行加法器和并行加法器　　2.4.2 基本算術(shù)邏輯部件　2.5 典型例題解答　2.6 習(xí)題　　2.6.1 選擇（單選）和填空題　　2.6.2 綜合應(yīng)用與簡答題　2.7 習(xí)題答案　　2.7.1 選擇（單選）和填空題答案　　2.7.2 綜合應(yīng)用與簡答題答案第3章 層次結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)　3.1 存儲器的性能指標和分類　3.2 存儲器的三層結(jié)構(gòu)　3.3 半導(dǎo)體隨機存取存儲器　　3.3.1 存儲芯片的內(nèi)部組成　　3.3.2 靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM的工作原理　3.4 只讀存儲器　　3.4.1 用二極管或三極管構(gòu)成的只讀存儲器　　3.4.2 可編程ROM 　3.5 主存儲器與CPU的連接　　3.5.1 連接關(guān)系　　3.5.2 讀、寫操作 　3.6 雙口RAM和多模塊存儲器　3.7 高速緩沖存儲器　　3.7.1 高速緩沖存儲器的運行原理　　3.7.2 Cache的三種地址映像方式　3.8 虛擬存儲器　　3.8.1 虛擬存儲器的功能與特點　　3.8.2 虛擬存儲器的管理方式　　3.8.3 虛存與Cache的比較　3.9 典型例題解答　3.10 習(xí)題　　3.10.1 選擇（單選）和填空題　　3.10.2 綜合應(yīng)用與簡答題　3.11 習(xí)題答案　　3.11.1 選擇（單選）和填空題答案　　3.11.2 綜合應(yīng)用與簡答題答案第4章 指令系統(tǒng)第5章 中央處理器第6章 總線第7章 輸入/輸出系統(tǒng)附錄A 2009年“計算機組成原理”考研試題附錄B 試題分析196 附錄C 試題解答與解釋參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第3層是操作系統(tǒng)（operatingsystem）層。它主要分擔(dān)計算機系統(tǒng)中的資源管理與分配，也向使用者和程序設(shè)計人員提供簡單、方便、高效的服務(wù)。一套計算機系統(tǒng)，包含了大量的、高價的、管理和使用相當復(fù)雜的硬件資源和軟件資源，不僅一般水平的使用人員，就是水平很高的專業(yè)人員都難以直接控制和操作，還是把資源管理和調(diào)度功能留給計算機系統(tǒng)本身來完成更可靠，這些功能是由操作系統(tǒng)承擔(dān)的。操作系統(tǒng)的存在，又為使用計算機的用戶提供了許多支持，與程序設(shè)計語言相結(jié)合，使得程序設(shè)計更簡化，建立用戶的應(yīng)用程序和操作計算機更方便。它是使用（直接或者間接）計算機硬件指令系統(tǒng)所提供的指令設(shè)計出來的程序，并把一些常用功能以操作命令或者系統(tǒng)調(diào)用的方式提供給使用人員。就此而言，也可以說操作系統(tǒng)進一步擴展了原來的指令系統(tǒng)，提供了新的可用命令，從而構(gòu)成一臺比純硬件系統(tǒng)（計算機裸機）功能更加強大的計算機系統(tǒng)。第4層是匯編語言（assemblylanguage）層。匯編語言大體上是對計算機機器語言的符號化處理的結(jié)果，再增加一些為方便程序設(shè)計而實現(xiàn)的擴展功能。第5層是高級語言層，高級語言又稱算法語言（algorithmlanguage），它的實現(xiàn)思路不再是過分地“靠攏”計算機硬件的指令系統(tǒng)，而是著重面向解決實際問題所用的算法，更多的是為方便程序設(shè)計人員寫出自己解決問題的處理方案和解題過程的程序。機器語言、匯編語言、高級語言的特點已經(jīng)在前面1.2.2節(jié)進行了簡要說明。在高級語言層之上，還可以有應(yīng)用層，由解決實際問題的處理程序組成，例如，文字處理軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件、多媒體信息處理軟件、辦公自動化軟件等。計算機是用于解決各種應(yīng)用問題的系統(tǒng)，為應(yīng)用而存在，為處理各種應(yīng)用問題而體現(xiàn)出它的性能和價值。在大部分的教材中，人們通常把沒有配備軟件的純硬件系統(tǒng)稱為“裸機”，這是計算機系統(tǒng)的根基或稱“內(nèi)核”，它的設(shè)計目標更多地集中到有利于提高性能又方便硬件實現(xiàn)和降低成本，因此提供的功能相對較弱，只能執(zhí)行由機器語言構(gòu)成的程序，非常難以使用。為此，人們期望能開發(fā)出功能更強、更接近人的思維方式和使用習(xí)慣的語言，這是通過在裸機上配備適當?shù)能浖硗瓿傻?。每加一層軟件就?gòu)成一個新的“虛擬計算機”，功能更強大，使用也更加方便。例如，可以把計算機系統(tǒng)的一到五層分別稱為L0裸機、L1虛擬機（支持機器語言）、L2虛擬機（增加了操作系統(tǒng)）、L3虛擬機（增加了匯編語言）、L4虛擬機（增加了高級語言）。

編輯推薦

《計算機組成原理考研輔導(dǎo)》：參加研究生入學(xué)考試的學(xué)子的福音，清華大學(xué)名師傾力奉獻。針對考研需求，幫助備考學(xué)子清晰梳理、準確理解計算機組成原理課程的內(nèi)容。按照考研大綱設(shè)計《計算機組成原理考研輔導(dǎo)》的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，全書分成7章，與《計算機學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試大綱》中給出的章節(jié)順序和規(guī)定的考試內(nèi)容保持一致，每章內(nèi)容包括考試內(nèi)容范圍、重點知識講解、典型例題解答和習(xí)題與答案四大部分。

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