教学大纲
考查目标
- 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。
- 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。
- 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。
1. 计算机系统概述
- (一) 计算机系统层次结构
- 计算机系统的基本组成
- 计算机硬件的基本组成
- 计算机软件和硬件的关系
- 计算机系统的工作过程
- (二) 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、EFLOPS、ZFLOPS。
2. 数据的表示和运算
- (一) 数制与编码
- 进位计数制及其相互转换
- 真值和机器数
- 字符与字符串
- (二) 定点数的表示和运算
- 定点数的表示：无符号数的表示；带符号整数的表示。
- 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
- 浮点数的表示：IEEE754 标准
- 浮点数的加/减运算
- (四) 算术逻辑单元 ALU
- 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
- (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
- SRAM 存储器
- DRAM 存储器
- 只读存储器
- Flash 存储器
- (四) 主存储器与 CPU 的连接
- (五) 双口 RAM 和多模块存储器
- (六) 高速缓冲存储器(Cache)
- Cache 的基本工作原理
- Cache 和主存之间的映射方式
- Cache 中主存块的替换算法
- Cache 写策略
- (七) 虚拟存储器
- 虚拟存储器的基本概念
- 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)
4. 指令系统
- (一) 指令格式
- 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
- (二) 指令的寻址方式
- 有效地址的概念
- 数据寻址和指令寻址
- 常见寻址方式
- (三) CISC 和 RISC 的基本概念
5. 中央处理器(CPU)
- (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
- 硬布线控制器
- 微程序控制器：微程序、微指令和微命令；微指令格式，微命令的编码方式；微地址的形式方式。
- (五) 指令流水线
- 指令流水线的基本概念
- 指令流水线的基本实现
- 超标量和动态流水线的基本概念
6. 总线
- (一) 总线概述
- 总线的基本概念
- 总线的分类
- 总线的组成及性能指标
- (二) 总线操作和定时
- 同步定时方式
- 异步定时方式
- (三) 总线标准
7. 输入输出(I/O)系统
- (一) I/O 系统基本概念
- (二) 外部设备
- 输入设备：键盘、鼠标
- 输出设备：显示器、打印机
- 外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列
- (三) I/O 接口(I/O 控制器)
- I/O 接口的功能和基本结构
- I/O 端口及其编址
- (四) I/O 方式
- 程序查询方式
- 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。
- DMA 方式：DMA 控制器的组成，DMA 传输过程。