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《計算機系統(tǒng)》考試大綱

【考查目標】

1.從程序員的視角全面了解計算機系統(tǒng)的基本概念，包括匯編語言，底層的內存中的數(shù)據(jù)表示及常用運算方法、虛擬存儲器、編譯系統(tǒng)、動態(tài)加載庫等。了解如何將高級語言程序翻譯成機器語言。
2.理解單處理器計算機系統(tǒng)中各組成部件的基本概念、基本結構、工作原理以及相互連接方式，理解計算機系統(tǒng)層次化結構概念，建立計算機系統(tǒng)的整機概念。了解計算機系統(tǒng)的內存管理，緩存管理，性能測量及編譯優(yōu)化。

【考查內容】

一、計算機系統(tǒng)概述
（一）計算機發(fā)展歷程
（二）計算機系統(tǒng)層次結構
1.計算機硬件的基本組成
2.計算機軟件的基本組成
3.程序在機器中的存儲及編譯、運行過程。

二、數(shù)據(jù)及程序的機器級表示
（一）信息的表示及處理
1.進位計數(shù)制及其相互轉換；字符與字符串；布爾運算；數(shù)據(jù)大小、尋址和字節(jié)順序。
2.C語言中的位級運算、邏輯運算及移位運算。
3．整數(shù)的表示和運算
（1）無符號數(shù)的表示；有符號數(shù)的表示；C語言中的有符號數(shù)和無符號數(shù)。
（2）無符號加法和補碼加法運算；無符號乘法及補碼乘除法運算；溢出概念和判別方法；截斷及誤差的概念。
4.浮點數(shù)的表示和運算
（1）浮點數(shù)的表示范圍；IEEE754標準
（2）浮點數(shù)的加/減運算
（3）C語言中的浮點數(shù)
（二）匯編語言程序
1.掌握AT&T及Intel匯編語言，能閱讀這兩種格式的匯編語言程序；了解基于Intel處理器的寄存器結構及內存中數(shù)據(jù)的操作過程。
2.掌握匯編語言控制執(zhí)行流程，匯編語言函數(shù)和系統(tǒng)調用，內聯(lián)匯編。
3.了解IA32及x86-64兩種機器的指令集結構。
（三）程序的機器級表示
1.能基于匯編語言對程序的表示進行剖析，在內存與寄存器這一級別研究程序的執(zhí)行過程，熟練掌握及深刻理解C語言中的經(jīng)典語句：賦值、數(shù)組、if、switch、while、for等對應的匯編機器級表示及程序執(zhí)行過程。
2.數(shù)組、結構及聯(lián)合的分配及訪問；數(shù)據(jù)對齊原則；理解指針；存儲器的越界引用及緩沖區(qū)溢出。
3.浮點程序的機器級表示。

三、處理器體系結構及優(yōu)化程序性能
（一）處理器體系結構
理解計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通路概念，數(shù)據(jù)通路的功能，掌握數(shù)據(jù)通路的基本結構。
（二）優(yōu)化程序性能
1.了解如何優(yōu)化程序的執(zhí)行效率，包括代碼的優(yōu)化，編譯器的優(yōu)化，以及CPU級別的優(yōu)化，并介紹微指令的概念，功能單元上微指令的并行，程序分支的預測等。
2.掌握程序性能優(yōu)化的各種方式，熟悉編譯器優(yōu)化代碼的方式，能夠在小細節(jié)上對程序進行手動優(yōu)化。
（三）指令流水線
1.指令流水線的基本概念
2.流水線的性能及流水線冒險(競爭)處理技術

四、存儲器層次結構
（一）存儲器的分類、存儲器的層次化結構、存儲技術趨勢
（二）高速緩沖存儲器（Cache）
1.Cache基本工作原理
映射方式；查找算法；替換算法；寫策略。
2.Cache性能分析
3.了解程序如何和cache打交道，不同的循環(huán)嵌套順序、遍歷方向等對cache命中的影響，以及如何修改循環(huán)嵌套順序以提高cache命中率。
（三）虛擬存儲器
1.虛擬存儲器的基本概念
2.頁式虛擬存儲器、段式虛擬存儲器、段頁式虛擬存儲器
3.TLB（快表）
4.虛擬地址和物理地址的相關概念，弄得虛擬地址如何轉換為物理地址；通過IntelPentium和Linux的實例了解整個存儲管理機制
5．理解存儲映射、動態(tài)內存分配和垃圾回收機制。

五、在系統(tǒng)上運行程序
（一）鏈接
1.掌握程序的鏈接過程，理解靜態(tài)鏈接和動態(tài)鏈接，了解鏈接過程中使用到的技術如符號解析、重定位等。
2.了解所寫的程序是怎么成為一個可執(zhí)行文件的，需要了解這中間涉及到的每一個細節(jié)，能夠排查因為鏈接問題而產(chǎn)生的程序執(zhí)行錯誤。
（二）異�？刂屏�
1.掌握異�？刂频南嚓P概念，包括中斷、陷阱、錯誤、中止等。
2.了解進程的概念，掌握進程級別的Exception：信號（signal）以及操作系統(tǒng)處理異常的手段（上下文切換）技術，理解用戶程序和系統(tǒng)交互（如系統(tǒng)調用）的原理和方式。

六、總線
（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

【參考教材】

[1]Randal E.Bryant David R.O’Hallaron著.龔奕利等譯.深入理解計算機系統(tǒng)(原書第2版).北京：機械工業(yè)出版社,2011.1
[2]William Stallings著.彭蔓蔓,吳強,任小西等譯.計算機組成與體系結構：性能設計.北京:機械工業(yè)出版社,2011.5