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　　【考查目標】

　　1. 從程序員的視角全面了解計算機系統的基本概念，包括匯編語言，底層的內存中的數據表示及常用運算方法、虛擬存儲器、編譯系統、動態加載庫等。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，理解計算機系統層次化結構概念，建立計算機系統的整機概念。了解計算機系統的內存管理，緩存管理，性能測量及編譯優化。

　　【考查內容】

　　一、計算機系統概述

　　(一)計算機發展歷程

　　(二)計算機系統層次結構

　　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、數據及程序的機器級表示

　　(一)信息的表示及處理

　　1. 進位計數制及其相互轉換;字符與字符串;布爾運算;數據大小、尋址和字節順序。

　　2. C語言中的位級運算、邏輯運算及移位運算。

　　3.整數的表示和運算

　　(1)無符號數的表示;有符號數的表示;C語言中的有符號數和無符號數。

　　(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. 浮點數的表示和運算

　　(1)浮點數的表示范圍;IEEE754標準

　　(2)浮點數的加/減運算

　　(3)C語言中的浮點數

　　(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據的操作過程。

　　2. 掌握匯編語言控制執行流程，匯編語言函數和系統調用，內聯匯編。

　　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行過程，熟練掌握及深刻理解C語言中的經典語句：賦值、數組、if、switch、while、for等對應的匯編機器級表示及程序執行過程。

　　2. 數組、結構及聯合的分配及訪問;數據對齊原則;理解指針;存儲器的越界引用及緩沖區溢出。

　　三、處理器體系結構及優化程序性能

　　(一)處理器體系結構

　　(1)了解CPU的功能和基本結構，指令的執行過程。

　　(2)理解計算機系統中的數據通路概念，數據通路的功能，掌握數據通路的基本結構。

　　(二)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，不同的循環嵌套順序、遍歷方向等對cache命中的影響，以及如何修改循環嵌套順序以提高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Intel Pentium和Linux的實例了解整個存儲管理機制

　　5.理解存儲映射、動態內存分配和垃圾回收機制。

　　五、在系統上運行程序

　　(一)鏈接

　　1. 掌握程序的鏈接過程，理解靜態鏈接和動態鏈接，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行文件的，需要了解這中間涉及到的每一個細節，能夠排查因為鏈接問題而產生的程序執行錯誤。

　　(二)異常控制流

　　1. 掌握異常控制的相關概念，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)以及操作系統處理異常的手段(上下文切換)技術，理解用戶程序和系統交互(如系統調用)的原理和方式。

　　六、 輸入輸出(I/O)系統

　　(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. 通道方式

　　【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(原書第2版). 北京：機械工業出版社, 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: 機械工業出版社, 2011.5