计算机组成原理考研复习指导

  

本书是计算机专业研究生入学考试“计算机组成原理”课程的复习用书，内容包括计算机系统概述、数据的表示和运算、存储系统、指令系统、中央处理器、总线、输入/输出系统。全书严格按照最新计算机统考大纲的计算机组成原理部分，对大纲所涉及的知识点进行集中梳理，力求内容精炼、重点突出、深入浅出。本书精选各名校的历年考研真题，并给出详细的解题思路，力求实现讲练结合、灵活掌握、举一反三的功效。通过本书“书本＋在线”的学习方式和网上答疑方式，读者在使用本书时遇到的任何疑难点，都可以在王道论坛发帖与道友互动。本书可作为考生参加计算机专业研究生入学考试的备考复习用书，也可作为计算机专业的学生学习计算机组成原理课程的辅导用书。

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第1章 计算机系统概述 1
1.1 计算机发展历程 1
1.1.1 计算机硬件的发展 1
1.1.2 计算机软件的发展 2
1.1.3 计算机的分类与发展方向 2
1.1.4 本节习题精选 3
1.1.5 答案与解析 3
1.2 计算机系统层次结构 4
1.2.1 计算机系统的组成 4
1.2.2 计算机硬件的基本组成 4
1.2.3 计算机软件的分类 7
1.2.4 计算机的工作过程 7
1.2.5 计算机系统的多级层次结构 8
1.2.6 本节习题精选 8
1.2.7 答案与解析 10
1.3 计算机的性能指标 12
1.3.1 计算机的主要性能指标 12
1.3.2 几个专业术语的概念 14
1.3.3 本节习题精选 14
1.3.4 答案与解析 17
1.4 本章小结 20
1.5 常见问题和易混淆知识点 21
第2章 数据的表示和运算 23
2.1 数制与编码 24
2.1.1 进位计数制及其相互转换 24
2.1.2 真值和机器数 26
2.1.3 BCD码 26
2.1.4 字符与字符串 26
2.1.5 校验码 27
2.1.6 本节习题精选 30
2.1.7 答案与解析 32
2.2 定点数的表示与运算 34
2.2.1 定点数的表示 34
2.2.2 定点数的运算 38
2.2.3 强制类型转换 45
2.2.4 本节习题精选 46
2.2.5 答案与解析 52
2.3 浮点数的表示与运算 59
2.3.1 浮点数的表示 59
2.3.2 浮点数的加减运算 62
2.3.3 本节习题精选 63
2.3.4 答案与解析 68
2.4 算术逻辑单元ALU 76
2.4.1 串行加法器和并行加法器 76
2.4.2 算术逻辑单元的功能和结构 79
2.4.3 本节习题精选 80
2.4.4 答案与解析 81
2.5 本章小结 82
2.6 常见问题和易混淆知识点 83
第3章 存储系统 86
3.1 存储器的层次结构 87
3.1.1 存储器的分类 87
3.1.2 存储器的性能指标 88
3.1.3 本节习题精选 88
3.1.4 答案与解析 89
3.2 存储器的层次化结构 90
3.2.1 多级存储系统 90
3.2.2 本节习题精选 90
3.2.3 答案与解析 91
3.3 半导体随机存储器 92
3.3.1 半导体存储芯片 92
3.3.2 SRAM存储器和DRAM存储器 93
3.3.3 只读存储器 95
3.3.4 本节习题精选 96
3.3.5 答案与解析 98
3.4 主存储器与CPU的连接 100
3.4.1 连接原理 100
3.4.2 主存容量的扩展 101
3.4.3 存储芯片的地址分配和片选 103
3.4.4 存储器与CPU的连接 103
3.4.5 本节习题精选 104
3.4.6 答案与解析 106
3.5 双口RAM和多模块存储器 111
3.5.1 双端口RAM 111
3.5.2 多模块存储器 112
3.5.3 本节习题精选 114
3.5.4 答案与解析 115
3.6 高速缓冲存储器 117
3.6.1 程序访问的局部性原理 117
3.6.2 Cache的基本工作原理 118
3.6.3 Cache和主存的映射方式 119
3.6.4 Cache中主存块的替换算法 121
3.6.5 Cache写策略 122
3.6.6 本节习题精选 122
3.6.7 答案与解析 126
3.7 虚拟存储器 133
3.7.1 虚拟存储器的基本概念 133
3.7.2 页式虚拟存储器 134
3.7.3 段式虚拟存储器 134
3.7.4 段页式虚拟存储器 135
3.7.5 快表TLB 135
3.7.6 虚拟存储器与Cache的比较 136
3.7.7 本节习题精选 136
3.7.8 答案与解析 139
3.8 本章小结 144
3.9 常见问题和易混淆知识点 145
第4章 指令系统 147
4.1 指令格式 147
4.1.1 指令的基本格式 147
4.1.2 定长操作码指令格式 149
4.1.3 扩展操作码指令格式 149
4.1.4 本节习题精选 150
4.1.5 答案与解析 152
4.2 指令寻址方式 154
4.2.1 指令寻址和数据寻址 155
4.2.2 常见的数据寻址方式 155
4.2.3 本节习题精选 159
4.2.4 答案与解析 165
4.3 CISC和RISC的基本概念 170
4.3.1 复杂指令系统计算机CISC 171
4.3.2 精简指令系统计算机RISC 171
4.3.3 CISC和RISC的比较 171
4.3.4 本节习题精选 172
4.3.5 答案与解析 173
4.4 本章小结 174
4.5 常见问题和易混淆知识点 174
第5章 中央处理器 177
5.1 CPU的功能和基本结构 177
5.1.1 CPU的功能 177
5.1.2 CPU的基本结构 178
5.1.3 本节习题精选 179
5.1.4 答案与解析 181
5.2 指令执行过程 183
5.2.1 指令周期 183
5.2.2 指令周期的数据流 184
5.2.3 指令执行方案 186
5.2.4 本节习题精选 186
5.2.5 答案与解析 188
5.3 数据通路的功能和基本结构 190
5.3.1 数据通路的功能 190
5.3.2 数据通路的基本结构 190
5.3.3 本节习题精选 192
5.3.4 答案与解析 197
5.4 控制器的功能和工作原理 202
5.4.1 控制器的结构和功能 202
5.4.2 硬布线控制器 202
5.4.3 微程序控制器 206
5.4.4 本节习题精选 211
5.4.5 答案与解析 215
5.5 指令流水线 219
5.5.1 指令流水线的基本概念 219
5.5.2 流水线的分类 221
5.5.3 影响流水线的因素 222
5.5.4 流水线的性能指标 223
5.5.5 超标量流水线的基本概念 224
5.5.6 本节习题精选 225
5.5.7 答案与解析 230
5.6 本章小结 236
5.7 常见问题和易混淆知识点 238
第6章 总线 239
6.1 总线概述 239
6.1.1 总线基本概念 239
6.1.2 总线的分类 240
6.1.3 系统总线的结构 240
6.1.4 总线的性能指标 242
6.1.5 本节习题精选 242
6.1.6 答案与解析 245
6.2 总线仲裁 248
6.2.1 集中仲裁方式 248
6.2.2 分布仲裁方式 250
6.2.3 本节习题精选 250
6.2.4 答案与解析 251
6.3 总线操作和定时 252
6.3.1 总线传输的4个阶段 252
6.3.2 同步定时方式 252
6.3.3 异步定时方式 252
6.3.4 本节习题精选 253
6.3.5 答案与解析 254
6.4 总线标准 255
6.4.1 常见的总线标准 255
6.4.2 本节习题精选 256
6.4.3 答案与解析 257
6.5 本章小结 257
6.6 常见问题和易混淆知识点 258
第7章 输入/输出系统 259
7.1 I/O系统基本概念 259
7.1.1 输入/输出系统 259
7.1.2 I/O控制方式 260
7.1.3 本节习题精选 260
7.1.4 答案与解析 261
7.2 外部设备 261
7.2.1 输入设备 261
7.2.2 输出设备 261
7.2.3 外存储器 263
7.2.4 本节习题精选 265
7.2.5 答案与解析 267
7.3 I/O接口 268
7.3.1 I/O接口的功能 269
7.3.2 I/O接口的基本结构 269
7.3.3 I/O接口的类型 270
7.3.4 I/O端口及其编址 270
7.3.5 本节习题精选 270
7.3.6 答案与解析 271
7.4 I/O方式 272
7.4.1 程序查询方式 273
7.4.2 程序中断方式 273
7.4.3 DMA方式 278
7.4.4 本节习题精选 281
7.4.5 答案与解析 287
7.5 本章小结 294
7.6 常见问题和易混淆知识点 295
参考文献 278

序 言当前，随着我国经济和科技高速发展，特别是计算机科学突飞猛进的发展，对计算机相关人才，尤其是中高端人才的需求也将不断增长。硕士研究生入学考试可视为人生的第二次大考试，它是改变命运、实现自我理想的又一次机会，而计算机专业一直是高校考研的热门专业之一。自计算机专业研究生入学考试实行统一命题以来，初试科目包含了最重要的四门基础课程（数据结构、计算机组成原理、操作系统、计算机网络），很多学生普遍反映找不到方向，复习也无从下手。倘若有一本能够指导考生如何复习的好书，必将对考生的帮助匪浅。我的学生风华他们策划和编写了这一系列的计算机专业考研辅导书，重点突出，层次分明。他们结合了自身的复习经验、理解深度以及对大纲把握程度的体会，对考生而言是很有启发和指导意义的。 计算机这门学科，任何机械式的死记硬背都是收效甚微的。在全面深入复习之后，首先对诸多知识点分清主次，并结合做题，灵活运用所掌握的知识点，再选择一些高质量的模拟试题来检测自己理解和掌握的程度，查漏补缺。这符合我执教40余年来一直坚持“教材—习题集—试题库”的教学体系。 从风华他们策划并组建编写团队到初稿成形，直至最后定稿，我能体会到风华和他的团队确实倾注了大量的精力。这套书的出版一定会受到广大考研学生的欢迎，它会使你在考研的路上得到强有力的帮助。 前 言2011年，由王道论坛（www.cskaoyan.com）组织名校状元级选手，编写了4本单科辅导书。单科书是基于王道之前作品的二代作品，不论是编排方式，还是内容质量都较前一版本的王道书有了较大的提升。这套书也参考了同类优秀的教材和辅导书，更是结合了高分选手们自己的复习经验。无论是对考点的讲解，还是对习题的选择和解析，都结合了他们对专业课复习的独特见解。2017年，我们继续推出“王道考研系列”单科书，一共4本： 《2018年数据结构考研复习指导》 《2018年操作系统考研复习指导》 《2018年计算机组成原理考研复习指导》 《2018年计算机网络考研复习指导》每一版，我们不仅会修正之前发现的全部错误，还会对考点讲解做出尽可能的优化，也重新审视论坛的交流帖，针对大家提出的疑问和建议对本书做出针对性的优化；此外还重新筛选了部分习题，尤其是对习题的解析做出了更好的改进。当然，深入掌握专业课内容没有捷径，考生也不应怀有任何侥幸心理，扎扎实实打好基础、踏踏实实做题巩固，最后灵活致用才是高分的保障。我们只希望这套书能够指导大家复习考研，但学习还是得靠自己，高分不是建立在任何空中楼阁之上的。对于一个想继续在计算机专业领域深造的考生来说，认真学习并扎实掌握这4门计算机专业中最基础的专业课，是最基本的前提。“王道考研系列”是计算机考生口碑相传的辅导书，自出版以来在同类书中的销量始终遥遥领先。有这么多的成功学长，我相信只要考生合理地利用好本书、并采用合理的复习方法，一定会收获属于自己的那份回报。“王道考研系列”的特色是“书本+在线”，你在复习中遇到的任何困难，都可以在王道论坛上发帖或在QQ交流群内交流（QQ群号：346165686），欢迎读者对于书中的疑问积极交流。你的参与就是对我们最大的鼓舞，任何一个建议，我们都会认真考虑，也会针对大家的意见对本书进行修订。“不打广告、不发证书、不包就业，专注于培养有梦想、有能力的高级码农”王道程序员训练营是王道团队举办的线下程序员魔鬼式集训。打下扎实的编程和算法基本功，培养程序员式的学习能力和学习方法，期待有梦想有追求的你加入！予人玫瑰，手有余香，王道论坛伴你一路同行！