本书是王道考研系列中关于计算机考研专业基础课程“计算机组成原理”的复习参考书,是目前市面上的*威性参考图书,已经过多年的检验,深受读者欢迎与喜爱。
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*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。
王道论坛专注于计算机专业学生考研和就业的社区,由国内名校计算机研究生共同创办,致力于给报考计算机专业硕士研究生的学生提供帮助和指导。主要作者赵霖,本科毕业于中南大学,研究生毕业于哈尔滨工业大学,现为王道论坛主要负责人,曾出版图书多种。王道论坛http://www.cskaoyan.com/,专营计算机考研与培训。
目 录
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 本章小节 19
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 35
2.2.1 定点数的表示 35
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 47
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 64
2.3.4 答案与解析 68
2.4 算术逻辑单元ALU 75
2.4.1 串行加法器和并行加法器 75
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 91
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 101
3.4.1 连接原理 101
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 104
3.4.5 本节习题精选 104
3.4.6 答案与解析 107
3.5 双口RAM和多模块存储器 112
3.5.1 双端口RAM 112
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 116
3.6 高速缓冲存储器 118
3.6.1 程序访问的局部性原理 118
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 122
3.6.5 Cache写策略 122
3.6.6 本节习题精选 123
3.6.7 答案与解析 126
3.7 虚拟存储器 132
3.7.1 虚拟存储器的基本概念 132
3.7.2 页式虚拟存储器 133
3.7.3 段式虚拟存储器 134
3.7.4 段页式虚拟存储器 134
3.7.5 快表TLB 135
3.7.6 虚拟存储器与Cache的比较 135
3.7.7 本节习题精选 135
3.7.8 答案与解析 139
3.8 本章小结 143
3.9 常见问题和易混淆知识点 144
第4章 指令系统 146
4.1 指令格式 146
4.1.1 指令的基本格式 146
4.1.2 定长操作码指令格式 148
4.1.3 扩展操作码指令格式 148
4.1.4 本节习题精选 149
4.1.5 答案与解析 151
4.2 指令寻址方式 154
4.2.1 指令寻址和数据寻址 154
4.2.2 常见的数据寻址方式 154
4.2.3 本节习题精选 158
4.2.4 答案与解析 164
4.3 CISC和RISC的基本概念 170
4.3.1 复杂指令系统计算机CISC 170
4.3.2 精简指令系统计算机RISC 170
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 172
4.4 本章小结 173
4.5 常见问题和易混淆知识点 174
第5章 中央处理器 176
5.1 CPU的功能和基本结构 176
5.1.1 CPU的功能 176
5.1.2 CPU的基本结构 177
5.1.3 本节习题精选 178
5.1.4 答案与解析 180
5.2 指令执行过程 182
5.2.1 指令周期 182
5.2.2 指令周期的数据流 183
5.2.3 指令执行方案 185
5.2.4 本节习题精选 185
5.2.5 答案与解析 187
5.3 数据通路的功能和基本结构 189
5.3.1 数据通路的功能 189
5.3.2 数据通路的基本结构 189
5.3.3 本节习题精选 191
5.3.4 答案与解析 196
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 212
5.4.5 答案与解析 215
5.5 指令流水线 218
5.5.1 指令流水线的基本概念 218
5.5.2 流水线的分类 220
5.5.3 影响流水线的因素 221
5.5.4 流水线的性能指标 222
5.5.5 超标量流水线的基本概念 223
5.5.6 本节习题精选 224
5.5.7 答案与解析 228
5.7 常见问题和易混淆知识点 236
第6章 总线 237
6.1 总线概述 237
6.1.1 总线基本概念 237
6.1.2 总线的分类 238
6.1.3 系统总线的结构 238
6.1.4 总线的性能指标 240
6.1.5 本节习题精选 240
6.1.6 答案与解析 243
6.2 总线仲裁 245
6.2.1 集中仲裁方式 245
6.2.2 分布仲裁方式 247
6.2.3 本节习题精选 247
6.2.4 答案与解析 248
6.3 总线操作和定时 249
6.3.1 总线传输的4个阶段 249
6.3.2 同步定时方式 249
6.3.3 异步定时方式 249
6.3.4 本节习题精选 250
6.3.5 答案与解析 251
6.4 总线标准 252
6.4.1 常见的总线标准 252
6.4.2 本节习题精选 253
6.4.3 答案与解析 254
6.5 本章小结 254
6.6 常见问题和易混淆知识点 255
第7章 输入/输出系统 256
7.1 I/O系统基本概念 256
7.1.1 输入/输出系统 256
7.1.2 I/O控制方式 257
7.1.3 本节习题精选 257
7.1.4 答案与解析 258
7.2 外部设备 258
7.2.1 输入设备 258
7.2.2 输出设备 258
7.2.3 外存储器 260
7.2.4 本节习题精选 262
7.2.5 答案与解析 264
7.3 I/O接口 266
7.3.1 I/O接口的功能 266
7.3.2 I/O接口的基本结构 266
7.3.3 I/O接口的类型 267
7.3.4 I/O端口及其编址 267
7.3.5 本节习题精选 267
7.3.6 答案与解析 268
7.4 I/O方式 269
7.4.1 程序查询方式 270
7.4.2 程序中断方式 270
7.4.3 DMA方式 275
7.4.4 本节习题精选 278
7.4.5 答案与解析 283
7.5 本章小结 290
7.6 常见问题和易混淆知识点 291
参考文献 278
说实话,我是一个对细节非常敏感的读者,如果一本书里有太多模糊不清的表述,或者知识点之间的衔接不自然,我就会感到非常焦虑。这本书在这方面做得非常出色,它仿佛是为每一个有疑虑的考生量身定做的“知识点除错指南”。比如在讲解“流水线 Hazards”时,很多书只停留在数据冒险、控制冒险的分类,但这本书深入探讨了如何通过“指令调度”和“气泡插入”来缓解这些问题,并给出了具体的时序图,精确到每一个时钟周期内寄存器的读写状态。这种对“底层机制”的透彻剖析,让我对计算机体系结构有了更深层次的理解,而不是停留在表面。此外,书中对一些容易混淆的概念,比如“DMA与中断方式的数据传输效率对比”,它直接用图表对比了CPU干预的次数和总传输时间,用数据说话,避免了主观判断的偏差。阅读过程中的流畅度非常高,文字精炼,逻辑严密,基本没有遇到需要反复回溯才能理解的“拗口”句子,给人一种非常可靠、值得信赖的感觉。
评分这本书的装帧和纸张质量也让人印象深刻,要知道,考研复习是一个持久战,书籍需要反复翻阅,甚至需要在上面做大量的批注和折角标记。这本教材的纸张选择得非常好,不是那种一写字就洇墨的劣质纸张,即使用较粗的记号笔做重点标记,也不会透过背面影响阅读。装订也十分牢固,我每天都带着它在图书馆和宿舍之间往返,翻阅次数极多,至今没有出现散页或脱胶的现象,这在动辄几百页的专业书籍中是很重要的品质保证。另外,它的索引设计也体现了编者的用心,除了标准的章节索引外,它还增加了一个“关键词快速查找表”,如果我只想复习某个特定术语的定义和考点,可以直接通过这个列表定位到相关页码,极大地节省了查阅时间。总而言之,这不仅是一本学习资料,更像是一件精心打造的“学习工具”,它的物理质量和内在内容的紧密结合,让整个复习过程变得更加高效和愉快。
评分我个人对学习资料的要求,除了内容准确外,还非常看重其“前瞻性”和“应用性”。对于计算机组成原理这种与硬件紧密相关的学科,如果只谈理论,脱离了最新的技术趋势,学习效果会大打折扣。这本书的价值就在于它将经典的冯·诺依曼体系结构与现代高性能计算的特点进行了很好的融合。它没有回避像GPU并行计算模型这类较新的议题,而是用一个专门的章节来阐述现代处理器中SIMD和多线程的概念如何影响我们对传统指令集的理解。特别值得一提的是,它在讨论“虚拟存储器”时,不仅讲了页表和TLB的结构,还非常及时地引入了现代操作系统中“大页(Huge Pages)”的概念及其对性能的影响,这对于我们准备报考研究方向与系统底层的同学来说,简直是雪中送炭。它提供的不只是考试答案,更像是一份通往更深层次学习的“桥梁”,引导我们思考知识是如何在实际工程中演进和应用的,这种与时俱进的视角,是很多老旧复习资料所不具备的。
评分我之前用过好几本市面上主流的复习资料,坦白说,很多都是把历年的真题东拼西凑,或者把基础教材的内容稍微修改一下就拿出来卖了。但拿到这本书后,立刻能感觉到它在“精炼”和“深化”上下了很大功夫。它的习题部分尤其值得称赞,不是那种只有答案解析而缺乏过程引导的简单题目堆砌。每一个例题的解析,都像是一次完整的思维构建过程。我印象特别深的是在处理“Cache一致性协议”这种抽象概念时,它没有直接抛出复杂的算法描述,而是设计了一个非常生活化的场景模拟,用多个处理器试图同时修改同一块数据的情景,逐步引入MESI协议的各个状态转换,让人仿佛置身于多核系统中观察数据流动。这种“以小见大”的讲解策略,极大地降低了理解难度。更重要的是,它对“考点预测”的把握相当精准,很多它在章节末尾标注为“高频考点”或“易错点辨析”的地方,事后证明在当年的考试中确实出现了原型题或变体,这说明编者对考试风向的把握非常到位,绝对不是闭门造车的结果。
评分这本书的封面设计还挺吸引人的,那种深沉的蓝配上亮眼的黄色标题字,一看就知道是针对考研这种严肃的考试准备的。我当时在书店里随便翻了翻,被它那种“直击要害”的气质给吸引住了。首先吸引我的是它对知识点的梳理方式,不像有些教材那样堆砌概念,而是用一种非常清晰的脉络图把整个计算机组成原理的体系给勾勒出来了。比如,在讲到存储器的层次结构时,它不是简单地罗列SRAM和DRAM的特性,而是通过一个动态的流程图展示了CPU如何逐级访问缓存、主存,最后到辅助存储,中间穿插了各种时间延迟和命中率的分析,逻辑性极强。我记得特别清楚的是,它对“指令系统”这一章的处理,引入了几个经典的RISC和CISC架构的案例进行对比分析,这种对比性的学习方法,比单纯背诵定义要高效得多,让我一下子就理解了指令集设计背后的权衡取舍。而且,这本书的排版也很舒服,很多关键公式旁边都会有小小的注释,解释这个公式在实际应用中的意义,而不是仅仅停留在数学推导层面。对于我们这种需要时间去理解而不是死记硬背的考生来说,这种细节上的关怀真的非常重要。那种一翻开就能感受到严谨治学态度的专业书籍,无疑是备考路上最可靠的伙伴。
评分开始新征程!
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评分这本书的内容写得非常好。
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