一、考試目標

針對課程特點，要求參試者需要掌握基本的概念定義，能夠運用相關原理來分析問題，具體如下：

1. 理解單處理器計算機系統中各部件的內部工作原理、組成結構以及相互連接方式，具有完整的計算機系統的整機概念。

2. 理解計算機系統層次化結構概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結構的基本知識和基本實現方法。

3. 能夠運用計算機組成的基本原理和基本方法，對有關計算機硬件系統中的理論和實際問題進行計算、分析，并能對一些基本部件進行簡單設計。并能對高級程序設計語言(如C語言)中的相關問題進行分析。

二、考試內容與要求

一、計算機系統概述

1、考試內容

（一）計算機發展歷程

（二）計算機系統層次結構

1）計算機系統的基本組成；

2）計算機硬件的基本組成；

3）計算機軟件和硬件的關系；

4）計算機的工作過程。

（三）計算機性能指標

吞吐量、響應時間、CPU時鐘周期、主頻CPI、CPU 執行時間、MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS。

2、考試要求

1）了解計算機的類型

2）掌握計算機的硬件組成部件及其作用

3）掌握軟件有關概念

4）掌握計算機系統的層次結構

二、運算方法和運算器

1、考試內容

（一）數制與編碼

1）進位計數制及其相互轉換；

2）真值和機器數；

3）BCD 碼；

4）字符與字符串；

5）校驗碼

（二）定點數的表示和運算

1）定點數的表示：無符號數的表示；有符號數的表示。

2）定點數的運算：

定點數的位移運 算；原碼定點數的加、減運算；補碼定點數的加、減運算；定點數的乘、除運算；溢出概念 和判別方法。

（三）浮點數的表示和運算

1）浮點數的表示 ：浮點數的表示范圍；IEEE754 標準。

2）浮點數的加/減運算。

（四）算術邏輯單元 ALU

1）邏輯運算 ；

2）算術邏輯單元 ALU 的功能和結構

3）浮點運算器

2、考試要求

掌握數據的定點格式，定點整數的表達范圍，有符號數和無符號數

掌握浮點格式的表達，熟悉浮點數的規格化，掌握規格化單精度浮點數與實數的相互轉換

掌握定點整數的補碼、反碼、原碼和移碼表示法，掌握BCD碼、ASCII碼的編碼規律

區別漢字輸入編碼、機內碼、字模碼和漢字交換碼

理解檢驗碼的作用，掌握奇偶校驗以及檢錯能力

理解補碼的加法運算和減法運算規律

熟悉溢出的概念，理解上溢（正溢）和下溢（負溢）的概念以及符號位檢測方法

掌握ALU功能及作用

了解內部總線和外部總線、單向總線和雙向總線的概念

理解浮點加減法的操作過程，了解其中對階、規格化、舍入處理的作用

三、多層次的存儲器

1、考試內容

（一）存儲器的分類

（二）存儲器的層次化結構

（三）半導體隨機存取存儲器

1）SRAM 存儲器的工作原理；

2）DRAM 存儲器的工作原理；

3）位擴展與字擴展的含義與和作用

（四）只讀存儲器和閃帶存儲器器

（五）并行存儲：雙口 RAM 和多模塊存儲器

（六）高速緩沖存儲器（Cache）

1）程序訪問的局部性原理 ；

2）Cache 的基本工作原理；

3）Cache 和主存之間的映射方式；

4）Cache 中主存塊的替換算法；

5）Cache 寫策略。

（七）虛擬存儲器

1）虛擬存儲器的基本概念；

2）頁式虛擬存儲器；

3）段式虛擬存儲器；

4）段頁式虛擬存儲器；

2、考試要求

熟悉存儲系統的分級（層次）結構，掌握存儲訪問的局部性原理

理解存儲容量、存取時間、存取周期、存儲器帶寬的概念

掌握SRAM和DRAM的特點

掌握位擴展和字擴展的含義和作用，掌握芯片擴展與芯片容量的關系

了解DRAM的行地址和列地址，理解DRAM的刷新操作和方法

了解ROM芯片的類型和各自特點

掌握Cache的功能和基本原理，掌握命中率、平均訪問時間和訪問效率的計算方法

理解Cache的地址映射的作用，掌握全相聯、直接和組相聯映射的原理和特點，理解Cache的寫操作策略

掌握虛擬存儲器的功能、物理地址和虛擬（邏輯）地址的概念

熟悉頁式和段式虛擬存儲器的管理和地址轉換

四、指令系統

1、考試內容

（一）指令格式

1）指令的基本格式； 2）定長操作碼指令格式 ；3）擴展操作碼指令格式 。

（二）指令的尋址方式

1）有效地址的概念；2）數據尋址和指令尋址； 3）常見尋址方式。

（三）CISC 和 RISC 的基本概念

2、考試要求

掌握指令、指令系統、指令格式、操作碼、地址碼、指令助記符的概念

理解尋址方式的含義，區別指令尋址和數據尋址

掌握數據的隱含尋址、立即尋址、寄存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址、寄存器相對（基址）尋址

熟悉堆棧的訪問原理，理解進棧PUSH和出棧POP操作

熟悉指令系統包含的基本指令類型

掌握CISC和RISC的含義，掌握RISC的主要特點

五、中央處理器（CPU）

1、考試內容

（一）CPU 的功能和基本結構

（二）指令執行過程

（三）數據通路的功能和基本結構

（四）控制器的功能和工作原理

1）硬布線控制器 ；

2）微程序控制器 ：微程序、微指令和微命令；微命令格式；微指令的 編碼方式；微地址的形式方式。

（五）指令流水線

1）指令流水線的基本概念 ；

2）指令流水線的基本實現；

3）超標量和動態流水線的基本概 念。

2、考試要求

熟悉CPU的基本模型和主要寄存器的作用

理解指令周期、CPU周期（機器周期、總線周期）和時鐘周期（T周期）的概念和區別

了解CLA、ADD、STA和JMP指令在CPU基本模型的執行過程

理解微程序控制器和硬布線控制器的實現特點

了解微命令、微操作、微指令和微程序的概念

熟悉并行性的概念和提高并行性的技術途徑

六、總線系統

1、考試內容

（一）總線概述

1）總線的基本概念； 2）總線的分類 ；3）總線的組成及性能指標 。

（二）總線仲裁

1）集中仲裁方式 ；2）分布仲裁方式 。

（三）總線操作和定時

1）同步定時方式； 2）異步定時方式。

（四）總線標準

2、考試要求

理解內部總線、系統總線和I/O總線（芯片總線、內總線和外總線）的分類

掌握單總線、雙總線和三總線結構

掌握總線仲裁的作用，了解集中仲裁和分布仲裁思想

了解各種總線數據傳送模式

了解PCI總線、ISA總線、SCSI總線和IEEE1394總線的特點

七、外存與I/O設備

1、考試內容

（一）I/O 系統基本概念

（二）外部設備

1）輸入設備：鍵盤、鼠標；

2）輸出設備：顯示器、打印機 ；

3）外存儲器：硬盤存儲器、 磁盤陣列、光盤存儲器 。

2、考試要求

理解I/O接口的作用，熟悉I/O端口的編址方式

掌握磁面、磁道、磁柱、扇區的概念，以及磁盤信息的分布特點

八、輸入輸出（I/O）系統

1、考試內容

（一）I/O 系統基本概念

（二）外部設備

1）輸入設備：鍵盤、鼠標；

2）輸出設備：顯示器、打印機 ；

3）外存儲器：硬盤存儲器、 磁盤陣列、光盤存儲器 。

（三）I/O 接口(I/O 控制器)

1）I/O 接口的功能和基本結構 ；2）I/O 端口及其編址 。

（四）I/O 方式

1）程序查詢方式；

2）程序中斷方式 ：中斷的基本概念、中斷響應過程、中斷處理過程、多重中斷和中斷屏蔽的概念；

3）DMA 方式 ：DMA 控制器的組成、DMA 傳送過程；

4）通道

2、考試要求

熟悉查詢傳送方式的過程

理解中斷源、內部中斷（異常）和外部中斷的概念

掌握可屏蔽中斷傳送方式的過程及其相關概念

理解向量地址、中斷優先權、中斷嵌套的含義，理解中斷控制器的作用

理解DMA傳送方式的特點，掌握DMA傳送的工作過程

理解CPU暫停、周期挪用、交替訪問的區別

理解通道的組成結構和類型

三、試題結構與題型

題型包括單項選擇題、判斷題、簡答題、計算題和設計題。試卷分數滿分為100分。

單項選擇題示例如下：

1．馮·諾依曼機工作的基本方式的特點是 ( )

A. 多指令流單數據流； B. 按地址訪問并順序執行指令；

C. 堆棧操作； D. 存貯器按內容選擇地址。

判斷題示例如下：

1．寄存器間接尋址方式中，操作數在主存單元。（√）

簡答題示例如下：

1. 為什么在計算機系統中引入DMA方式來交換數據？若使用總線周期挪用方式，DMA控制器占用總線進行數據交換期間，CPU處于何種狀態？