南京航空航天大學

大綱明細

1.計算機組成原理參考書

袁春風《計算機組成與系統結構(第2版)》，清華大學出版社，2015年8月

王黨輝，康繼昌，安建峰譯《計算機組成與設計 硬件/軟件接口(第5版)》，機械工業出版社，2015年7月

2.操作系統參考書

湯小丹，梁紅兵，哲鳳屏，湯子瀛，《計算機操作系統》(第三版)，西安電子科技大學出版社，2007年5月

3.數據結構參考書

嚴蔚敏、吳偉民 編著，《數據結構(C)語言版》 清華大學出版社，2007年

一、計算機組成原理部分

【目標】

1. 理解單處理器計算機系統中各部件的內部工作原理、組成結構以及相互連接方式，具有完整的計算機系統的整機概念。

2. 理解計算機系統層次化結構概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結構的基本知識和基本實現方法。

3. 能夠運用計算機組成的基本原理和基本方法，對有關計算機硬件系統中的理論和實際問題進行計算、分析，并能對以MIPS32架構為代表的的RISC計算機的CPU完成數據通路與控制器的設計與實現。

【大綱】

1.計算機系統概述

(1) 了解計算機的發展歷程;

(2) 掌握馮·諾依曼計算機結構的特點，計算機硬件的基本組成與功能，計算機系統的組成(硬件+軟件)及其層次結構，計算機的工作原理;

(3) 掌握計算機的性能指標，具體包括CPU執行時間、CPI、時鐘周期、主頻等;

2.運算方法與運算部件

(1)掌握數制與編碼：包括進位計數制及其相互轉換，真值和機器數，BCD編碼，字符與字符串;

(2) 熟練掌握定點數的表示、運算與運算部件：包括無符號數的表示和有符號整數的表示;補碼定點數加減法運算;定點數乘除運算;識記溢出概念和判別方法;

(3) 掌握浮點數的表示與運算：包括浮點數的表示，IEEE754標準，浮點數的加減運算及其規格化;

(4)理解算術邏輯單元ALU的功能與結構，掌握補碼加減運算器如何實現;并能夠對典型指令完成設計與實現;

(5) 掌握不同層次程序員看到的運算：高級語言以C語言為例，ISA層面則以MIPS32為例;

3.存儲器分層體系結構

(1)掌握存儲系統的分層，半導體隨機訪問存儲器的組織，只讀存儲器及主存的主要技術指標等;理解存儲器芯片與CPU的連接，掌握多模塊存儲器的交叉存儲;

(2)掌握高速緩沖存儲器的CPU基本訪存過程， Cache和主存之間的映射方式，程序訪問的局部性原理對編程的影響及Cache-friendly的程序，理解Cache替換算法和Cache寫策略;

(3)掌握虛擬存儲器的基本概念，三種實現方案，缺頁的處理及快表的工作原理，注意虛擬地址和物理地址的轉換問題，如何查段表和頁表;TLB的原理和作用;平均訪問時間的計算等。

4.指令系統

(1)熟練掌握指令的基本格式，包括定長操作碼和擴展操作碼的優缺點對比，采用擴展操作碼方式指令數目的計算及設計;

(2)指令的尋址方式：識記有效地址的概念，理解數據尋址和指令尋址，掌握常見尋址方式及尋址過程;

(3) 理解CISC和RISC的基本概念及區別;掌握以MIPS 32為代表的指令集的典型指令，并能夠完成相應的匯編程序設計。

5.中央處理器

(1)熟練掌握指令的執行過程，并結合微指令考察一條指令執行的各個步驟;

(2) 掌握CPU數據通路的功能及結構，掌握控制器的功能和設計，并能為MIPS32的典型指令完成相應的CPU設計，包括單周期及流水體系結構的設計;

(3) 掌握異常與中斷的處理機制及相應的設計與實現;

6. 系統總線

(1)了解總線概述：識記總線的基本概念，分類，總線的組成及性能指標;

(2) 掌握總線仲裁的仲裁方式以及各自的工作原理;

(3) 掌握總線操作和定時方式以及原理;

(4) 了解總線標準，常用標準所規定的機械結構、功能結構和電氣規范;

7.輸入輸出組織

(1)了解I/O系統基本概念

(2) 識記各種外部設備，理解這些設備的基本工作原理和常見的性能指標;

(3) 識記I/O接口的功能和基本結構，I/O端口及其編址;

(4) 熟練掌握I/O的三種控制方式;中斷方式要求掌握中斷的基本概念，中斷響應過程，中斷處理過程，多重中斷和中斷屏蔽等;DMA方式要求掌握DMA控制器的組成和DMA的傳送過程。

二、操作系統部分

【目標】

1. 理解操作系統在計算機系統中的地位、作用及其發展歷史和特點。

2. 理解操作系統的基本概念、原理和思維方式，掌握操作系統基本的設計方法與實現技術。

3. 能夠運用操作系統原理、方法與技術分析問題和解決問題。

【大綱】

1.操作系統概述

(1)操作系統的概念、特征、功能和提供的服務

(2)操作系統的發展與分類

(3)操作系統的基本結構

2.進程管理

(1) 前驅圖以及程序順序執行和并發執行的特點

(2) 進程的基本概念和思想

(3) 進程的狀態與轉換

(4) 進程控制塊及其作用

(5) 進程組織

(6) 進程同步：進程同步的概念和同步原則，臨街資源和臨界區的概念，信號量及其應用，經典進程同步問題

(7) 進程通信的基本概念和方法

(8) 線程的概念和多線程模型

3.調度與死鎖

(1)調度的概念

(2)調度隊列模型

(3)調度的基本準則與方式

(4)各種調度算法及其評價

(5)死鎖問題及其處理方法，包括死鎖的概念和原因，產生死鎖的必要條件，死鎖處理策略，死鎖的預防、避免、以及檢測和解除。

4.內存管理

(1)內存管理的基本概念：鏈接與裝入，邏輯地址與物理地址空間，對換與覆蓋，重定位

(2)連續內存分配方法，離散內存分配方法(分頁、分段、段頁)，

(3)虛擬內存分配方法(虛擬內存的概念，局部性原理，實現虛擬內存所需的硬件和軟件支持，請求分頁(段)管理，頁面置換算法)

(4)內存保護與共享

(5)抖動的概念和處理方法

5.設備管理

(1)I/O體系結構

(2)I/O控制方法

(3)I/O分配中的數據結構和分配方法

(4)通道和通道程序

(5)設備獨立性及其實現方法

(6)虛擬設備和SPOOLing技術

(7)緩沖管理

(8)設備處理與I/O軟件

(9)設備分配

6.磁盤與文件系統

(1)磁盤的結構和基本概念

(2)磁盤的調度

(3)磁盤的性能改善和容錯

(4)外存分配方法與物理文件組織

(5)文件存儲空間的管理

(6)邏輯文件組織

(7)文件的基本操作

(8)文件目錄及其管理

(9)文件共享和保護

7.操作系統接口

(1)操作系統接口類型

(2)系統調用概念

(3)系統調用的類型和實現方法

三、數據結構部分

【目標】

1. 理解數據結構的基本概念;掌握數據的邏輯結構、存儲結構，以及各種基本操作的實現。

2. 能對算法的時間復雜度與空間復雜度進行基本的分析。

3. 能選擇合適的數據結構和方法進行問題求解，具備采用 C 或 C++語言設計與實現算法的能力。

【大綱】

1.數據結構基本概念及簡單的算法分析

(1)數據結構基本概念;

(2)算法的定義、特性;

(3)簡單的算法分析：時間復雜度、空間復雜度;

2.線性表

(1)順序表和鏈表的存儲與基本操作;

(2)順序表和鏈表的應用;

(3)循環鏈表;雙向鏈表;

3.棧和隊列

(1)棧和隊列的定義;

(2)棧和隊列的順序和鏈式存儲;

(3)棧和隊列的應用;

4.字符串

(1)字符串的定義、存儲和操作;

(2)字符串的模式匹配;

5.數組和廣義表

(1)數組的順序存儲表示;

(2)矩陣的壓縮存儲：特殊矩陣、稀疏矩陣;

(3)廣義表的定義和存儲結構;

6.樹與二叉樹

(1)二叉樹的定義、性質和存儲結構;

(2)遍歷二叉樹;

(3)樹的定義和存儲結構;

(4)赫夫曼編碼;

7.圖

(1)圖的基本概念;圖的存儲表示：鄰接矩陣、鄰接表;

(2)圖的遍歷與連通性;

(3)最小生成樹;

(4)拓撲排序;

(5)關鍵路徑;

(6)最短路徑;

8.查找

(1)順序表查找;有序表查找;索引順序表查找;

(2)二叉排序樹;平衡二叉樹;B-樹;

(3)哈希表的構造和沖突處理方法;

9.內部排序

(1)插入排序;

(2)交換排序;

(3)選擇排序;

(4)歸并排序;

(5)基數排序;

(6)內部排序算法的比較和應用;