教学大纲：计算机学科专业基础 (408)

一、 数据结构

【考查目标】

1. 掌握数据结构的基本概念、基本原理和基本方法。
2. 掌握数据的逻辑结构、存储结构及基本操作的实现，能够对算法进行基本的时间复杂度与空间复杂度的分析。
3. 能够运用数据结构基本原理和方法进行问题的分析与求解，具备采用 C 或 C++语言设计与实现算法的能力。

1. 线性表

• (一) 线性表的基本概念
• (二) 线性表的实现
  1. 顺序存储
  2. 链式存储
• (三) 线性表的应用

2. 栈、队列和数组

• (一) 栈和队列的基本概念
• (二) 栈和队列的顺序存储结构
• (三) 栈和队列的链式存储结构
• (四) 多维数组的存储
• (五) 特殊矩阵的压缩存储
• (六) 栈、队列和数组的应用

3. 树与二叉树

• (一) 树的基本概念
• (二) 二叉树
  1. 二叉树的定义及其主要特征
  2. 二叉树的顺序存储结构和链式存储结构
  3. 二叉树的遍历
  4. 线索二叉树的基本概念和构造
• (三) 树、森林
  1. 树的存储结构
  2. 森林与二叉树的转换
  3. 树和森林的遍历
• (四) 树与二叉树的应用
  1. 二叉搜索树
  2. 平衡二叉树
  3. 哈夫曼(Huffman)树和哈夫曼编码

4. 图

• (一) 图的基本概念
• (二) 图的存储及基本操作
  1. 邻接矩阵法
  2. 邻接表法
  3. 邻接多重表、十字链表
• (三) 图的遍历
  1. 深度优先搜索
  2. 广度优先搜索
• (四) 图的基本应用
  1. 最小(代价)生成树
  2. 最短路径
  3. 拓扑排序
  4. 关键路径

5. 查找

• (一) 查找的基本概念
• (二) 顺序查找法
• (三) 分块查找法
• (四) 折半查找法
• (五) B 树及其基本操作、B+树的基本概念
• (六) 散列(Hash)表
• (七) 字符串模式匹配
• (八) 查找算法的分析及应用

6. 排序

• (一) 排序的基本概念
• (二) 插入排序
  1. 直接插入排序
  2. 折半插入排序
• (三) 起泡排序(bubble sort)
• (四) 简单选择排序
• (五) 希尔排序(shell sort)
• (六) 快速排序
• (七) 堆排序
• (八) 二路归并排序(mergesort)
• (九) 基数排序
• (十) 外部排序
• (十一) 各种排序算法的比较
• (十二) 排序算法的应用

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二、 计算机组成原理

【考查目标】

1. 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，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。

1. 计算机系统概述

• (一) 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
  1. 进位计数制及其相互转换
  2. 真值和机器数
  3. 字符与字符串
• (二) 定点数的表示和运算
  1. 定点数的表示：无符号数的表示；带符号整数的表示。
  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：IEEE754 标准
  2. 浮点数的加/减运算
• (四) 算术逻辑单元 ALU
  1. 串行加法器和并行加法器
  2. 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
  1. SRAM 存储器
  2. DRAM 存储器
  3. 只读存储器
  4. 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)
  1. Cache 的基本工作原理
  2. Cache 和主存之间的映射方式
  3. Cache 中主存块的替换算法
  4. 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
  5. TLB(快表)

4. 指令系统

• (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

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
  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
  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

6. 总线

• (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) 总线操作和定时
  1. 同步定时方式
  2. 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
  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
• (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 传输过程。

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三、 操作系统

【考查目标】

1. 掌握操作系统的基本概念、基本原理和基本功能，理解操作系统的整体运行过程。
2. 掌握操作系统进程、内存、文件和 I/O 管理的策略、算法、机制以及相互关系。
3. 能够运用所学的操作系统原理、方法与技术分析问题和解决问题，并能利用 C 语言描述相关算法。

1. 操作系统概述

• (一) 操作系统的概念、特征、功能和提供的服务
• (二) 操作系统的发展与分类
• (三) 操作系统的运行环境
  1. 内核态与用户态
  2. 中断、异常
  3. 系统调用
• (四) 操作系统体系结构

2. 进程管理

• (一) 进程与线程
  1. 进程概念
  2. 进程的状态与转换
  3. 进程控制
  4. 进程组织
  5. 进程通信：共享存储系统；消息传递系统；管道通信。
  6. 线程概念与多线程模型
• (二) 处理机调度
  1. 调度的基本概念
  2. 调度时机、切换与过程
  3. 调度的基本准则
  4. 调度方式
  5. 典型调度算法：先来先服务调度算法；短作业(短进程、短线程)优先调度算法；时间片轮转调度算法；优先级调度算法；高响应比优先调度算法；多级反馈队列调度算法。
• (三) 同步与互斥
  1. 进程同步的基本概念
  2. 实现临界区互斥的基本方法：软件实现方法；硬件实现方法。
  3. 信号量
  4. 管程
  5. 经典同步问题：生产者-消费者问题；读者-写者问题；哲学家进餐问题。
• (四) 死锁
  1. 死锁的概念
  2. 死锁处理策略
  3. 死锁预防
  4. 死锁避免：系统安全状态，银行家算法。
  5. 死锁检测和解除

3. 内存管理

• (一) 内存管理基础
  1. 内存管理概念：程序装入与链接；逻辑地址与物理地址空间；内存保护。
  2. 连续分配管理方式
  3. 非连续分配管理方式：分页管理方式；分段管理方式；段页式管理方式。
• (二) 虚拟内存管理
  1. 虚拟内存基本概念
  2. 请求分页管理方式
  3. 页面置换算法：最佳置换算法(OPT)；先进先出置换算法（FIFO）；最近最少使用置换算法(LRU)；时钟置换算法(CLOCK)。
  4. 页面分配策略
  5. 工作集
  6. 抖动

4. 文件管理

• (一) 文件系统基础
  1. 文件概念
  2. 文件的逻辑结构：顺序文件；索引文件；索引顺序文件。
  3. 目录结构：文件控制块和索引节点；单级目录结构和两级目录结构；树形目录结构；图形目录结构。
  4. 文件共享
  5. 文件保护：访问类型；访问控制。
• (二) 文件系统实现
  1. 文件系统层次结构
  2. 目录实现
  3. 文件实现
• (三) 磁盘组织与管理
  1. 磁盘的结构
  2. 磁盘调度算法
  3. 磁盘的管理

5. 输入输出(I/O)管理

• (一) I/O 管理概述
  1. I/O 控制方式
  2. I/O 软件层次结构
• (二) I/O 核心子系统
  1. I/O 调度概念
  2. 高速缓存与缓冲区
  3. 设备分配与回收
  4. 假脱机技术(SPOOLing)

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四、 计算机网络

【考查目标】

1. 掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法。
2. 掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议，了解典型网络设备的组成和特点，理解典型网络设备的工作原理。
3. 能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用。

1. 计算机网络体系结构

• (一) 计算机网络概述
  1. 计算机网络的概念、组成与功能
  2. 计算机网络的分类
  3. 计算机网络主要性能指标
• (二) 计算机网络体系结构与参考模型
  1. 计算机网络分层结构
  2. 计算机网络协议、接口、服务等概念
  3. ISO/OSI 参考模型和 TCP/IP 模型

2. 物理层

• (一) 通信基础
  1. 信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念
  2. 奈奎斯特定理与香农定理
  3. 编码与调制
  4. 电路交换、报文交换与分组交换
  5. 数据报与虚电路
• (二) 传输介质
  1. 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质
  2. 物理层接口的特性
• (三) 物理层设备
  1. 中继器
  2. 集线器

3. 数据链路层

• (一) 数据链路层的功能
• (二) 组帧
• (三) 差错控制
  1. 检错编码
  2. 纠错编码
• (四) 流量控制与可靠传输机制
  1. 流量控制、可靠传输与滑动窗口机制
  2. 停止-等待协议
  3. 后 N 帧协议(GBN)
  4. 选择重传协议(SR)
• (五) 介质访问控制
  1. 信道划分：频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理。
  2. 随即访问：ALOHA 协议；CSMA 协议；CSMA/CD 协议；CSMA/CA 协议。
  3. 轮询访问：令牌传递协议
• (六) 局域网
  1. 局域网的基本概念与体系结构
  2. 以太网与 IEEE 802.3
  3. IEEE802.11
  4. 令牌环网的基本原理
• (七) 广域网
  1. 广域网的基本概念
  2. PPP 协议
  3. HDLC 协议
• (八) 数据链路层设备
  1. 网桥的概念及其基本原理
  2. 局域网交换机及其工作原理。

4. 网络层

• (一) 网络层的功能
  1. 异构网络互联
  2. 路由与转发
  3. 拥塞控制
• (二) 路由算法
  1. 静态路由与动态路由
  2. 距离-向量路由算法
  3. 链路状态路由算法
  4. 层次路由
• (三) IPv4
  1. IPv4 分组
  2. IPv4 地址与 NAT
  3. 子网划分、路由聚集、子网掩码与 CIDR
  4. ARP 协议、DHCP 协议与 ICMP 协议
• (四) IPv6
  1. IPv6 的主要特点
  2. IPv6 地址
• (五) 路由协议
  1. 自治系统
  2. 域内路由与域间路由
  3. RIP 路由协议
  4. OSPF 路由协议
  5. BGP 路由协议
• (六) IP 组播
  1. 组播的概念
  2. IP 组播地址
• (七) 移动 IP
  1. 移动 IP 的概念
  2. 移动 IP 通信过程
• (八) 网络层设备
  1. 路由器的组成和功能
  2. 路由表与路由转发

5. 传输层

• (一) 传输层提供的服务
  1. 传输层的功能
  2. 传输层寻址与端口
  3. 无连接服务与面向连接服务
• (二) UDP 协议
  1. UDP 数据报
  2. UDP 校验
• (三) TCP 协议
  1. TCP 段
  2. TCP 连接管理
  3. TCP 可靠传输
  4. TCP 流量控制与拥塞控制

6. 应用层

• (一) 网络应用模型
  1. 客户/服务器模型
  2. P2P 模型
• (二) DNS 系统
  1. 层次域名空间
  2. 域名服务器
  3. 域名解析过程
• (三) FTP
  1. FTP 协议的工作原理
  2. 控制连接与数据连接
• (四) 电子邮件
  1. 电子邮件系统的组成结构
  2. 电子邮件格式与 MIME
  3. SMTP 协议与 POP3 协议
• (五) WWW
  1. WWW 的概念与组成结构
  2. HTTP 协议