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　　【考查目標(biāo)】

　　1. 從程序員的視角全面了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念，包括匯編語(yǔ)言，底層的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)表示及常用運(yùn)算方法、虛擬存儲(chǔ)器、編譯系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)加載庫(kù)等。了解如何將高級(jí)語(yǔ)言程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言。

　　2. 理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各組成部件的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及相互連接方式，理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存管理，緩存管理，性能測(cè)量及編譯優(yōu)化。

　　【考查內(nèi)容】

　　一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

　　(一)計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程

　　(二)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

　　1. 計(jì)算機(jī)硬件的基本組成

　　2. 計(jì)算機(jī)軟件的基本組成

　　3. 程序在機(jī)器中的存儲(chǔ)及編譯、運(yùn)行過(guò)程。

　　二、數(shù)據(jù)及程序的機(jī)器級(jí)表示

　　(一)信息的表示及處理

　　1. 進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換;字符與字符串;布爾運(yùn)算;數(shù)據(jù)大小、尋址和字節(jié)順序。

　　2. C語(yǔ)言中的位級(jí)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算及移位運(yùn)算。

　　3.整數(shù)的表示和運(yùn)算

　　(1)無(wú)符號(hào)數(shù)的表示;有符號(hào)數(shù)的表示;C語(yǔ)言中的有符號(hào)數(shù)和無(wú)符號(hào)數(shù)。

　　(2)無(wú)符號(hào)加法和補(bǔ)碼加法運(yùn)算;無(wú)符號(hào)乘法及補(bǔ)碼乘除法運(yùn)算;溢出概念和判別方法;截?cái)嗉罢`差的概念。

　　4. 浮點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算

　　(1)浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍;IEEE754標(biāo)準(zhǔn)

　　(2)浮點(diǎn)數(shù)的加/減運(yùn)算

　　(3)C語(yǔ)言中的浮點(diǎn)數(shù)

　　(二)匯編語(yǔ)言程序

　　1. 掌握AT&T及Intel匯編語(yǔ)言，能閱讀這兩種格式的匯編語(yǔ)言程序;了解基于Intel處理器的寄存器結(jié)構(gòu)及內(nèi)存中數(shù)據(jù)的操作過(guò)程。

　　2. 掌握匯編語(yǔ)言控制執(zhí)行流程，匯編語(yǔ)言函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)聯(lián)匯編。

　　3. 了解IA32及x86-64兩種機(jī)器的指令集結(jié)構(gòu)。

　　(三)程序的機(jī)器級(jí)表示

　　1. 能基于匯編語(yǔ)言對(duì)程序的表示進(jìn)行剖析，在內(nèi)存與寄存器這一級(jí)別研究程序的執(zhí)行過(guò)程，熟練掌握及深刻理解C語(yǔ)言中的經(jīng)典語(yǔ)句：賦值、數(shù)組、if、switch、while、for等對(duì)應(yīng)的匯編機(jī)器級(jí)表示及程序執(zhí)行過(guò)程。

　　2. 數(shù)組、結(jié)構(gòu)及聯(lián)合的分配及訪問(wèn);數(shù)據(jù)對(duì)齊原則;理解指針;存儲(chǔ)器的越界引用及緩沖區(qū)溢出。

　　三、處理器體系結(jié)構(gòu)及優(yōu)化程序性能

　　(一)處理器體系結(jié)構(gòu)

　　(1)了解CPU的功能和基本結(jié)構(gòu)，指令的執(zhí)行過(guò)程。

　　(2)理解計(jì)算機(jī)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(jié)構(gòu)。

　　(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(xiǎn)(競(jìng)爭(zhēng))處理技術(shù)

　　四、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)

　　(一)存儲(chǔ)器的分類、存儲(chǔ)器的層次化結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)技術(shù)趨勢(shì)

　　(二)高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)

　　1. Cache基本工作原理

　　映射方式;查找算法;替換算法;寫(xiě)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(duì)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(chǔ)器

　　1. 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念

　　2. 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器、段式虛擬存儲(chǔ)器、段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器

　　3. TLB(快表)

　　4. 虛擬地址和物理地址的相關(guān)概念，弄得虛擬地址如何轉(zhuǎn)換為物理地址;通過(guò)Intel Pentium和Linux的實(shí)例了解整個(gè)存儲(chǔ)管理機(jī)制

　　5.理解存儲(chǔ)映射、動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和垃圾回收機(jī)制。

　　五、在系統(tǒng)上運(yùn)行程序

　　(一)鏈接

　　1. 掌握程序的鏈接過(guò)程，理解靜態(tài)鏈接和動(dòng)態(tài)鏈接，了解鏈接過(guò)程中使用到的技術(shù)如符號(hào)解析、重定位等。

　　2. 了解所寫(xiě)的程序是怎么成為一個(gè)可執(zhí)行文件的，需要了解這中間涉及到的每一個(gè)細(xì)節(jié)，能夠排查因?yàn)殒溄訂?wèn)題而產(chǎn)生的程序執(zhí)行錯(cuò)誤。

　　(二)異?？刂屏?/p>

　　1. 掌握異常控制的相關(guān)概念，包括中斷、陷阱、錯(cuò)誤、中止等。

　　2. 了解進(jìn)程的概念，掌握進(jìn)程級(jí)別的 Exception：信號(hào)(signal)以及操作系統(tǒng)處理異常的手段(上下文切換)技術(shù)，理解用戶程序和系統(tǒng)交互(如系統(tǒng)調(diào)用)的原理和方式。

　　六、 輸入輸出(I/O)系統(tǒng)

　　(一) I/O系統(tǒng)基本概念

　　(二) 外部設(shè)備

　　1. 輸入設(shè)備：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)

　　2. 輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)

　　3. 外存儲(chǔ)器：硬盤(pán)存儲(chǔ)器、磁盤(pán)陣列、光盤(pán)存儲(chǔ)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(yīng)過(guò)程;中斷處理過(guò)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(guò)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)(原書(shū)第2版). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.1

　　[2] William Stallings著. 彭蔓蔓, 吳強(qiáng), 任小西等譯. 計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)：性能設(shè)計(jì). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.5