計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考試大綱(50分)

　　一、概述

　　“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”是計算機(jī)及相關(guān)學(xué)科的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。它主要研究軟件、硬件功能分配和對軟件、硬件界面的確定，即確定哪些功能由軟件完成，哪些功能由硬件實現(xiàn)。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是從外部來研究計算機(jī)系統(tǒng)。它是使用者所看到的物理計算機(jī)的抽象，編寫出能夠在機(jī)器上正確運行的程序所必須了解到的計算機(jī)的屬性。

　　大綱給出了考生需掌握的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法。涉及計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、標(biāo)量處理機(jī)、并行處理機(jī)和多處理機(jī)等內(nèi)容。這些內(nèi)容涵蓋了需要考生掌握的相關(guān)概念和原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法，包括在具有一定的軟硬件知識基礎(chǔ)上能綜合認(rèn)識計算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件功能分配與各種不同結(jié)構(gòu)類型機(jī)器的特性和性能評價方法，以及運用系統(tǒng)的觀點定量分析問題的方法。

　　二、具體內(nèi)容

　　1、計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念

　　基本概念：

　　多級層次結(jié)構(gòu)、虛擬機(jī)器、語言的解釋與翻譯、計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念的實質(zhì)、Flynn分類法、指令流、數(shù)據(jù)流、系統(tǒng)的加速比、Amdahl定律、程序的局部性原理、程序的時間局部性、程序的空間局部性、CPU性能公式、CPI、CPU時間、核心測試程序、基準(zhǔn)測試程序套件、輸入/輸出方式、系列機(jī)、軟件兼容、向上(下)兼容、向前(后)兼容、模擬、仿真、并行性、同時性、并發(fā)性、指令內(nèi)部并行、指令級并行、線程級并行、任務(wù)級或過程級并行、作業(yè)或程序級并行、時間重疊、資源重復(fù)、資源共享、同構(gòu)型(對稱型)多處理機(jī)、異構(gòu)型(非對稱型)多處理機(jī)、分布處理系統(tǒng)、耦合度、松散耦合、緊密耦合

　　主要內(nèi)容：

　　1) 計算機(jī)系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu);

　　2) 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實現(xiàn);

　　3) 計算機(jī)系統(tǒng)的軟硬取舍、性能評測及定量設(shè)計原理;

　　4) 軟件、應(yīng)用、器件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響;

　　5) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的并行性發(fā)展和計算機(jī)系統(tǒng)的分類。

　　重點：

　　計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組成、計算機(jī)實現(xiàn)三者的定義及所包含的內(nèi)容;有關(guān)透明性問題的判斷;軟件和硬件的功能分配原則;軟件可移植的途徑、方法、適用場合、存在問題和對策;有關(guān)并行性的概念;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中開發(fā)并行性的途徑和類型。

　　2、計算機(jī)指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　基本概念：

　　堆棧型機(jī)器、累加器型機(jī)器、通用寄存器型機(jī)器、三種類型指令集結(jié)構(gòu)、通用寄存器型指令集結(jié)構(gòu)的三種類型、CISC、RISC、指令集結(jié)構(gòu)的完整性、指令集結(jié)構(gòu)的規(guī)整性、對稱性、均勻性、操作數(shù)類型、操作數(shù)表示、操作數(shù)的類型、變長編碼格式、定長編碼格式、混合型編碼格式

　　主要內(nèi)容：

　　1) 指令集結(jié)構(gòu)的分類

　　2) 尋址方式

　　3) 指令集結(jié)構(gòu)的功能設(shè)計

　　4) 操作數(shù)的類型和大小

　　5) 指令格式的設(shè)計

　　重點：

　　尋址方式中的再定位技術(shù);信息在存儲器中按整數(shù)邊界存儲的概念;操作碼和指令字格式的優(yōu)化;CISC指令系統(tǒng)的改進(jìn)途徑綜述;RISC概念及所采用的基本技術(shù)。掌握三種編碼方式，了解三種尋址方式的缺點。同時要了解CISC的問題和RISC的優(yōu)點，RISC的一般設(shè)計原則及指令系統(tǒng)的發(fā)展方向。

　　3、中斷、總線與I/O系統(tǒng)

　　基本概念：

　　中斷、中斷響應(yīng)、中斷的分類、中斷的分級、中斷的嵌套原則、中斷的軟硬件功能分配、系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)的失效率、系統(tǒng)可用性、RAID、總線、總線的分類、總線控制方式、同步總線、異步總線、通道處理機(jī)、字節(jié)多路通道、數(shù)組多路通道、選擇通道、虛擬DMA、異步I/O、MTTF

　　主要內(nèi)容：

　　1) 中斷系統(tǒng);

　　2) 總線系統(tǒng);

　　3) I/O系統(tǒng)性能與CPU性能

　　4) I/O系統(tǒng)的可靠性和可用性

　　5) 廉價磁盤冗余陣列RAID

　　6) 通道處理機(jī)

　　重點：

　　相關(guān)的基本概念，中斷系統(tǒng)的軟硬件分配，通道處理機(jī)的流量設(shè)計。按中斷處理優(yōu)先次序的要求，設(shè)置中斷級屏蔽位的狀態(tài)，正確畫出中斷處理過程的示意圖;通道的流量設(shè)計;畫出字節(jié)多路通道響應(yīng)和處理完各外部設(shè)備請求的時空圖。

　　4、存儲體系

　　基本概念：

　　存儲器的三個主要指標(biāo)、多級存儲層次、命中率H、不命中率或失效率F、失效開銷、平均訪問時間TA、“Cache-主存”層次、“主存-輔存”層次、全相聯(lián)映像、直接映像、組相聯(lián)映像、n路組相聯(lián)、相聯(lián)度、隨機(jī)法、先進(jìn)先出法(FIFO)、最近最少使用法(LRU)、寫回法、分離Cache、混合Cache、虛擬Cache、物理Cache、進(jìn)程標(biāo)識符字段(PID)、同義或別名、虛擬索引+物理標(biāo)識方法、多字寬存儲器結(jié)構(gòu)、多體交叉存儲器、獨立存儲體、體沖突、TLB

　　主要內(nèi)容：

　　1) 存儲體系的概念;

　　2) 虛擬存儲器;

　　3) 高速緩沖存儲器;

　　4) Cache—主存—輔存三級層次。

　　5) 并行主存系統(tǒng)

　　重點：

　　段頁式和頁式虛擬存儲器原理;頁式虛擬存儲器的地址映象;LRU、FIFO、OPT替換算法;用LRU替換算法對頁地址流的堆棧處理模擬及性能分析;Cache存儲器的性能分析。頁式和段式虛擬存儲器中，虛、實地址的計算;各種頁面替換算法和命中率的計算;Cache組相聯(lián)映象和快替換算法的模擬;并行存儲頻寬的計算。