文章目录:
第一章 计算机系统概论
发展历程:硬件的发展、软件的发展、分类与发展方向
层次结构
硬件系统:硬件系统运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备、组织结构(冯·诺伊曼计算机)
软件系统:系统软件和应用软件、计算机语言
工作过程
五层结构
性能指标:容量、速度
【命题重点】
1.冯·诺依曼计算机的特点,计算机语言的分类及特点,计算机的5大功能部件,MAR和MDR,计算机的层次结构。
2.指令字长、机器字长和存储字长,影响计算机性能的因素,计算机性能指标的计算:CPI、主频、时钟周期、CPU执行时间、MFLOPS、MIPS。
考点35:计算机系统层次结构
1.冯·诺依曼计算机
2.三个级别的语言
机器语言。由二进制编码组成,机器语言是计算机唯一可以直接识别和执行的语言。 汇编语言。用英文单词或其缩写代替二进制的指令代码,更容易为人们记忆和理解。汇编语言程序必须经过汇编操作,将其转换为机器语言后,才能在计算机硬件上执行。 高级语言。高级语言(如C、C++、Java等)需要经过编译程序编译成汇编语言程序,然后经过汇编操作得到机器语言程序,或者直接由高级语言程序翻译成机器语言程序。
翻译程序: 源文件不同:汇编程序、编译程序 不生成目标代码:解释程序
考点36∶计算机的性能指
1.主要性能指标
机器字长:指计算机进行一次定点整数运算所能处理的二进制数据的位数, 机器字长一般等于内部寄存器的大小。字长越长,数的表示范围越大,计算精度就越高 数据通路带宽:指外部数据总线一次所能并行传送信息的位数 主存容量:主存容量是指主存储器所能存储信息的最大容量,通常以字节来衡量,也可以用“字数×字长”来表示存储容量 吞吐量:系统在单位时间内处理请求的数量,主要取决于主存的存取周期 CPU时钟周期:通常为节拍脉冲或T周期,即主频的倒数,它是CPU中最小的时间单位 主频:机器内部主时钟的频率,主频的倒数是CPU时钟周期 CPU时钟周期=1/主频,主频通常以MHz为单位,1Hz表示每秒一次 CPI:执行一条指令所需的时钟周期数运行一个程序所花费的时间,该指令耗时=CPI x CPU时钟周期 CPU执行时间:CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=(指令条数xCPI)/主频 MIPS:每秒执行多少百万条指令,MIPS=指令条数/(执行时间×10)=主频/CPI MFLOPS:每秒执行多少百万次浮点运算,MFLOPS=浮点操作次数/(执行时间×10^6) GFLOPS:每秒执行多少十亿次浮点运算,GFLOPS=浮点操作次数/(执行时间×10^6) TFLOPS:每秒执行多少万亿次浮点运算,TFLOPS=浮点操作次/(执行时间×10^9) PFLOPS:每秒执行多少千万亿次浮点运算,PFLOPS=浮点操作次数/(执行时间×10^12)
2.数量单位汇总
第二章 数据的表示和运算
【命题重点】
1.数据存储的大小端方式,数据按边界存储,C语言中结构体的边界对齐问题
2.C语言中各种机器数( unsigned、char、short、int、long、float、double )的表示,类型转换,类型转换时导致数据的误差变化或溢出(超出表示范围)
3.定点数(补码、原码、反码)的原理、特点及表示范围,补码原码的加减运算,C语言中的隐式类型转换,溢出的概念及判断
4.移码表示法,IEEE754浮点数的原理、格式,隐含尾数最高位,表示范围,浮点数的加减运算及溢出判断
其他:数据的存储方式
1.数据存储方式的小端方式与大端方式
2. 边界对齐方式
考点37:定点数的表示与运算
1.无符号数
2.有符号数(原码、反码、补码)
3.整形数据类型
4.整数的符号扩展
5.有符号数和无符号数的转换
6.补码的加减运算【新增】
考点38: IEEE 754标准
1.移码的定义
2.IEEE 754标准的浮点数
考点39∶各种精度数据的转换
1.不同类型数据的转换
2.数据运算中的类型转换
考点40∶浮点数运算
浮点数的加减运算
第三章 存储系统
【命题重点】
1.存储器的分类与特点易失性存取方式等特别是DRAM、SRAM、ROM和Flash Memory等各自的性质
2.字扩展,位扩展,存储器扩展的芯片选择、连线、地址分配等。3 .低位交叉存储器的性能分析
4.Cache的性能分析,Cache容量的计算,2路组相联映射和直接映射的原理和地址结构,Cache替换算法与命中分析,Cache块与主存块的关系
5.TLB与页表的关系,页表的分析,虚地址和实地址的转换
考点41:半导体随机存取存储器
1.半导体存储器:RAM和ROM
2.FLASH存储器
考点42:主存储器与CPU的连接
1.存储器扩展与芯片选择
2.存储器与CPU的连接
考点43:低位交叉存储器
低位交叉多体并行存储器
考点44∶高速缓冲存储器(Cache)
1.Cache存储系统
2.Cache 与主存的映射方式
3.Cache替换策略
4.Cache '写策略
考点45∶虚拟存储器
1.快表TLB
2.页式虚拟存储器
补充
第四章 指令系统
【命题重点】
1.指令的格式与性质,指令系统设计,指令的机器码表示,指令的执行。
2.条件转移指令的性质、转移范围,相对寻址的性质,各种寻址方式的特点。
3.RISC 和CISC各自的特点及区别,RISC技术是重点。
考点46∶指令格式
考点47∶指令的寻址方式
1.数据寻址
2.直接寻址
3.间接寻址
4.寄存器寻址
5.寄存器间接寻址
6.隐含寻址
7.立即寻址
8.基址寻址
9.变址寻址
10.相对寻址
11.各种条件转移指令(有符号数 无符号数)
12.PsW寄存器的各个标志位【新增】
考点48:CISC与RISC
第五章 中央处理器
【命题重点】
1.CPU的组成,CPU内部寄存器的特点,用户可见与不可见寄存器。
2.指令的执行过程、周期划分,指令周期的数据流。
3.数据通路,能根据指令功能和节拍安排写出实现相应功能的流程和控制信号。
4.硬布线控制器的原理,微操作命令安排。
5.微程序控制器的工作原理,相关的基本概念,微指令的字段直接编码方式,微指令的格式,微操作命令及节拍安排,微程序控制器和硬布线控制器的特点。
6.指令流水的原理、特点,影响指令流水线的因素及解决办法,特别是数据相关,解决数据相关有两种方法:①推迟后续指令﹔②数据旁路技术。
考点49: CPU的功能和基本结构
考点50:指令执行过程
考点51︰数据通路的功能和基本结构
1.数据通路
2.数据通路(单总线结构)
3.专用数据通路方式
考点52︰控制器的功能和工作原理
1.控制器的结构与分类
2.硬布线控制器
3.微程序控制器的设计思路
4.微指令的编码方式
5.控制器的功能和基本原理
考点53∶指令流水线
1.指令流水线
2.流水线阻塞的因素
3.五段式指令流水线
4.指令流水线阻塞的因素
5.条件转移指令的执行过程
6.运算类指令的执行过程
7.LOAD指令的执行过程
8.STORE指令的执行过程
9.无条件转移指令的执行过程
第六章 总线Bus
【命题重点】
1.总线的分类、特点,各类总线上传输的内容。
2.总线的性能指标,传输周期,时钟周期,时钟频率,总线宽度,总线带宽等。
3.总线的3种集中仲裁方式的性质,优缺点,信号线数等。——21年408大纲已删除“总线仲裁”
4.3种总线异步定时方式的性质。
5.常见的总线标准(特别是当前常用的)及特点。——22年408大纲已删除“总线标准”
考点54∶总线分类
1.总线的分类
2.系统总线
3.总线的两种基本定时方式
考点55︰总线的性能指标
1.总线性能指标
2.猝发(突发)传输方式
考点56︰总线标准
系统总线
ISA(并行总线,1984提出)
EISA(并行总线,1988年提出,在ISA基础上增加位宽)
FBS、QPI(串行总线,Intel提出的两种系统总线,用于连接CPU与北桥芯片,QPI又称为multi-FSB)
局部总线
VESA(并行总线,1991年提出,用于传输图像)
PCI(并行总线,1992年提出,速度和VESA差不多,但是总线工作频率可以独立于CPU主频,用于连接显卡、声卡、网卡等,支持即插即用)
APG(并行总线,1996年提出,从PCI2.1基础上扩展而来,用于连接显存与主存)
PCI-E(串行总线,2001年提出,工作频率很高,支持全双工通信)
设备总线(通信总线)
连接各种外设
RS-232C(串行总线,1970年提出,用于极慢速的电传打印机)
scsI(并行总线,1986年提出,用于连接硬盘、打印机、扫描仪等)
PCMCIA(并行总线,1991年提出,用于连接外部存储卡,目的是增强个人电脑的信息互换)
USB(串行总线,1996年提出,采用差模信号,每次传递1bit,工作频率可以很高)
连接硬盘
IDE(并行总线,1986年提出,又称ATA总线,Parallel ATA,主要用于连接硬盘、光驱等)
SATA(串行总线,2001年提出,Serial ATA,主要用于连接硬盘、光驱等)
第七章 IO系统
【命题重点】
1.显示器相关的参数和计算,磁盘存储器相关的参数和计算。
2.I/O接口的功能、基本结构、特点,IO总线,IO端口及其编址。
3.程序查询方式的原理、特点及相关计算。
4.程序中断的原理,内中断与外中断,向量中断,中断处理过程,中断隐指令,多重中断与单重中断,中断优先级与中断屏蔽字,程序中断的相关计算。
5.DMA方式的原理、特点,DMA的传送访问,DMA的相关计算。
考点57︰外部设备
显示器的主要参数
考点58︰磁盘与RAID
1.磁盘操作的时间
2.磁盘与RAID
考点59: IO接口
1.1/O接口的基本结构
2./O端口的编址
3. 统一编制v.s独立编制
考点60∶程序查询方式
考点61∶程序中断方式
1.程序中断方式
2.中断的分类
3.中断隐指令
4.中断处理过程-硬件向量法
5.单重中断与多重中断
6.中断屏蔽技术
考点62: DMA方式
1.DMA方式
2..DMA的传送方式
3.DMA的传送过程
新考点
考点1:补码加减运算器(第二章)
考点2:标志位的生成(第四章)
1.条形码和控制标准位
2.OF SF ZF CF
考点3:乘法电路的基本结构(第二章)
(一)数制与编码
1.进位计数制及其数据之间的相互转换
2.定点数的编码表示
(二)运算方法和运算电路
1.基本运算部件 加法器,算术逻辑部件(ALU)
2.加/减运算 补码加/减运算器,标志位的生成。
3.乘/除运算 乘/除法运算的基本原理,乘法电路和除法电路的基本结构。
(三)整数的表示和运算
1.无符号整数的表示和运算
⒉带符号整数的表示和运算
(四)浮点数的表示和运算
1.浮点数的表示 IEEE 754标准
⒉.浮点数的加/减运算
1.x86汇编语言中的乘法指令
2.无符号数乘法电路的基本结构
3.两种乘法电路
4.有符号整数乘法电路的基本结构
5.阵列乘法器
考点4:除法电路的基本结构(第二章)
1.除法电路构成
2.加减交替法(不恢复余数法)
3.无符号数除法电路
4.无符号定点小数相除
5.无符号定点整数相除
考点5:固态硬盘SSD(第三章)
原理:基于闪存技术Flash Memory,属于电可擦除ROM,即EEPROM
组成
闪存翻译层:负责翻译逻辑块号,找到对应页(Page)
存储介质:多个闪存芯片(Flash Chip)—每个芯片包含多个块(block)—每个块包含多个页(page)
读写性能特性
以页(page)为单位读/写——相当于磁盘的"扇区"
以块(block)为单位"擦除",擦干净的块,其中的每页都可以写一次,读无限次
支持随机访问,系统给定一个逻辑地址,闪存翻译层可通过电路迅速定位到对应的物理地址
读快、写慢。要写的页如果有数据,则不能写入,需要将块内其他页全部复制到一个新的(擦除过的)块中,再写入新的页
与机械硬盘相比的特点
SSD读写速度快,随机访问性能高,用电路控制访问位置;机械硬盘通过移动磁臂旋转磁盘控制访问位置,有寻道时间和旋转延迟
SSD安静无噪音、耐摔抗震、能耗低、造价更贵
SSD的一个“块"被擦除次数过多(重复写同一个块)可能会坏掉,而机械硬盘的扇区不会因为写的次数太多而坏掉
磨损均衡技术
思想︰将“擦除"平均分布在各个块上,以提升使用寿命
动态磨损均衡:写入数据时,优先选择累计擦除次数少的新闪存块
静态磨损均衡:SSD监测并自动进行数据分配、迁移,让老旧的闪存块承担以读为主的储在任多让较新的闪存块承担更多的写任务
固态硬盘的结构
考点6:多处理器的基本概念(第五章)
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
(五)异常和中断机制
1.异常和中断的基本概念
2.异常和中断的分类
3.异常和中断的检测与响应
(六)指令流水线
1.指令流水线的基本概
2指令流水线的基本实现
3.结构冒险、数据冒险和控制冒险的处理
4.超标量和动态流水线的基本概念
(七)多处理器基本概念
1.SISD、SIMD、MIMD、向量处理器的基本概念
⒉.硬件多线程的基本概念
3.多核处理器(multi-core)的基本概念
4.共享内存多处理器(SMP)的基本
1.SISD
2.SIMD
3.MIMD一一共享存储多处理器系统
4.MIMD一一多计算机系统
5.向量处理器
6.五段式指令流水线示意图