《机械原理》硕士研究生招生初试考试大纲

计算机组成原理:

【总体要求】

“计算机组成原理”要求学生掌握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。要求掌握计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面;掌握计算机数据表示的方法，包括定点数和浮点数的表示;掌握运算器的原理和实现电路;掌握存储层次的概念，掌握不同类型存储器特性，包括SRAM、DRAM、ROM;掌握主存结构及基本设计方法;会解决Cache存储的一些基本问题;掌握磁盘基本原理及RAID;掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法;熟悉中央处理器的时序逻辑，即指令周期、CPU周期、节拍周期、时钟周期之间的关系;掌握中央处理器控制器的基本设计方法，即硬布线和微程序控制，能够根据模拟CPU及系统框架设计控制信号逻辑或者编写简单微操作流程;掌握计算机输入输出系统的基本概念，程序查询方式、中断方式和直接存储器存取方式;掌握总线的仲裁方式和特点;基本掌握并行计算机的原理和发展趋势;基本掌握对称多处理器系统、多计算机系统的结构及特点;掌握流水线技术，能够计算各种流水线的性能指标参数，分析流水线的特点，解决数据相关的方法等;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。

研究生课程考试是所学知识的总结性考试，考试水平应达到或超过本科专业相应的课程要求水平。

(一)计算机系统概论

1.复习内容

计算机的基本组成，冯.诺依曼计算机原理，计算机系统的层次结构，计算机的分类及性能描述，计算机的发展历程

2.具体要求

*计算机的基本组成

***硬件组成

***软件组成

*冯.诺依曼计算机工作原理

***冯.诺依曼计算机结构及工作过程

***冯.诺依曼计算机特点

*计算机系统的层次结构

***层次结构图

*计算机的分类及性能描述

***Flynn分类法

***Amdahl定律和应用

***吞吐量、响应时间

***CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间

***MIPS、MFLOPS

(二)计算机系统中的数据表示

1.复习内容

数制与编码，定点数据表示，浮点数据表示，纠错和校验

2.具体要求

*数制与编码

***数制及相互转换

***真值和机器数

*** BCD码

*定点数据表示

***无符号数的表示

***有符号数的表示

***原码、反码、补码、移码

*浮点数据表示

***格式定义

***规格化

***数据范围

***IEEE754标准

*纠错和校验

***奇偶校验

***汉明编码

***循环冗余校验

(三)运算方法与运算器

1.复习内容

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，浮点数的加/减运算，浮点数的乘/除运算，算术逻辑单元ALU

2.具体要求

*原码定点数的加/减运算

***方法，应用

*补码定点数的加/减运算

***方法，应用

***行波进位、先行进位加法器

***移位处理

***溢出处理和判断

*定点数的乘/除运算

***原码乘法，补码乘法

***恢复余数，不恢复余数除法

***阵列乘法器

***阵列除法器

*浮点数的加/减运算

***对阶

***尾数加减

***规格化

***溢出处理

*浮点数的乘/除运算

***方法

***应用

***规格化

*算术逻辑单元ALU

***组成

***类型

(四)存储系统

1.复习内容

存储器的分类，存储器的层次化结构，半导体随机存取存储器，主存储器与CPU的连接，双口RAM和多模块存储器，高速缓冲存储器，虚拟存储器，硬盘存储器

2.具体要求

*存储器的分类

***按照不同方式进行分类的方法

***存储器容量、速度、可靠性

*存储系统的层次化结构

***具体层次化形式

***各种存储器的位置

*半导体随机存取存储器

***SRAM存储器的工作原理

***DRAM存储器的工作原理

***ROM存储器的工作原理

*主存储器的构成方法

***字扩展方式

***位扩展方式

*多端口、多模块、相联存储器

***多端口存储器--多端口组织形式

***多模块存储器--交叉存储方式

***相联存储器--按内容访问的存储器

*高速缓冲存储器

***程序局部性及Cache工作原理

***Cache与主存地址映射与变换方式

***Cache替换算法

***Cache写策略

*虚拟存储器

***虚拟存储器的基本概念

*硬盘存储器

***磁记录原理

***磁记录方式

***磁盘的基本参数及计算

***RAID

(五)指令系统

1.复习内容

指令格式，寻址方式，CISC和RISC基本概念。

2.具体要求

*指令格式

***指令的基本格式

***定长操作码设计

***扩展操作码设计

***存储器操作数的大/小端存储、边界对齐、堆栈操作、哈佛存储结构

*操作数的寻址方式

***有效地址的概念

***数据寻址和指令寻址

***常用寻址方式

* CISC和RISC的基本概念

***RISC的发展历程

***CISC和RISC的技术特点

(六)中央处理器

1.复习内容

CPU的功能和基本结构，指令执行过程，数据通路的功能和基本结构，控制器的功能和工作原理。

2.具体要求

* CPU的功能和基本结构

***CPU的主要构成部件

***CPU内的常见寄存器

***CPU内部的数据通路

*指令执行过程

***时序发生器

***CPU内部时序概念

***典型指令的执行过程

*数据通路的功能和基本结构

*控制器的功能和工作原理

***硬布线控制器结构及设计方法

***微程序控制器结构及设计方法

***微操作、微命令、微指令、微程序

***微操作和微命令序列(流程)设计

***微命令的互斥和相容

(七)流水线技术与指令级并行

1.复习内容

流水线概念，流水线分类，流水线性能指标，流水线相关处理，超标量处理，VLIW，多核处理器的基本概念。

2.具体要求

*流水线概念

*流水线分类

***不同方式的分类

***静态多功能流水线

***动态多功能流水线

*流水线性能指标

***吞吐率

***效率

***加速比

***时空图

*流水线相关判定及处理

***结构相关

***数据相关

***控制相关

***相关处理方式：等待(停顿)、直接通路等

*超标量处理器概念及特点

*VLIW处理器概念及特点

*多核处理器的基本概念

(八)总线与输入输出系统

1.复习内容

总线概述，总线仲裁，总线操作和定时，总线标准，I/O系统基本概念，外部设备，I/O接口，I/O方式。

2.具体要求

*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

*总线仲裁

***集中仲裁方式：菊花链方式、轮询计数、独立请求方式

***分布仲裁方式

*总线操作和定时

***总线读写操作

***同步定时方式

***异步定时方式

*总线标准

* I/O系统基本概念

*外部设备

***输入设备

***输出设备

* I/O接口

*** I/O接口的功能和基本结构

*** I/O端口及其编址

*** I/O地址空间

* 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传送过程

***通道方式：I/O通道的基本概念

(九)并行体系结构

1.复习内容

并行处理的基本途径，互连网络，对称多处理器。

2.具体要求

*并行处理的基本途径

***时间重叠

***资源重复

***资源共享

*互连网络

***定义

***基本互连网络：交叉开关网络、多级互连网络、环形网络、网格型网络

*对称多处理器系统结构及特点

*多计算机系统结构及特点