2017年湖南大学867计算机系统硕士研究生自命题考试大纲

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《计算机系统》考试大纲

  【考查目标】

  1. 从程序员的视角全面了解计算机系统的基本概念，包括汇编语言，底层的内存中的数据表示及常用运算方法、虚拟存储器、编译系统、动态加载库等。了解如何将高级语言程序翻译成机器语言。

  2. 理解单处理器计算机系统中各组成部件的基本概念、基本结构、工作原理以及相互连接方式，理解计算机系统层次化结构概念，建立计算机系统的整机概念。了解计算机系统的内存管理，缓存管理，性能测量及编译优化。

  【考查内容】

  一、计算机系统概述

  （一）计算机发展历程

  （二）计算机系统层次结构

  1. 计算机硬件的基本组成

  2. 计算机软件的基本组成

  3. 程序在机器中的存储及编译、运行过程。

  二、数据及程序的机器级表示

  （一）信息的表示及处理

  1. 进位计数制及其相互转换；字符与字符串；布尔运算；数据大小、寻址和字节顺序。

  2. C语言中的位级运算、逻辑运算及移位运算。

  3．整数的表示和运算

  （1）无符号数的表示；有符号数的表示；C语言中的有符号数和无符号数。

  （2）无符号加法和补码加法运算；无符号乘法及补码乘除法运算；溢出概念和判别方法；截断及误差的概念。

  4. 浮点数的表示和运算

  （1）浮点数的表示范围；IEEE754标准

  （2）浮点数的加/减运算

  （3）C语言中的浮点数

  （二）汇编语言程序

  1. 掌握AT&T及Intel汇编语言，能阅读这两种格式的汇编语言程序；了解基于Intel处理器的寄存器结构及内存中数据的操作过程。

  2. 掌握汇编语言控制执行流程，汇编语言函数和系统调用，内联汇编。

  3. 了解IA32及x86-64两种机器的指令集结构。

  （三）程序的机器级表示

  1. 能基于汇编语言对程序的表示进行剖析，在内存与寄存器这一级别研究程序的执行过程，熟练掌握及深刻理解C语言中的经典语句：赋值、数组、if、switch、while、for等对应的汇编机器级表示及程序执行过程。

  2. 数组、结构及联合的分配及访问；数据对齐原则；理解指针；存储器的越界引用及缓冲区溢出。

  3. 浮点程序的机器级表示。

  三、处理器体系结构及优化程序性能

  （一）处理器体系结构

  理解计算机系统中的数据通路概念，数据通路的功能，掌握数据通路的基本结构。

  （二）优化程序性能

  1. 了解如何优化程序的执行效率，包括代码的优化，编译器的优化，以及CPU级别的优化，并介绍微指令的概念，功能单元上微指令的并行，程序分支的预测等。

  2. 掌握程序性能优化的各种方式，熟悉编译器优化代码的方式，能够在小细节上对程序进行手动优化。

  （三）指令流水线

  1. 指令流水线的基本概念

  2. 流水线的性能及流水线冒险(竞争)处理技术

  四、存储器层次结构

  （一）存储器的分类、存储器的层次化结构、存储技术趋势

  （二）高速缓冲存储器（Cache）

  1. Cache基本工作原理

  映射方式；查找算法；替换算法；写策略。

  2. Cache性能分析

  3.了解程序如何和cache打交道，不同的循环嵌套顺序、遍历方向等对cache命中的影响，以及如何修改循环嵌套顺序以提高cache命中率。

  （三）虚拟存储器

  1. 虚拟存储器的基本概念

  2. 页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚拟存储器

  3. TLB（快表）

  4. 虚拟地址和物理地址的相关概念，弄得虚拟地址如何转换为物理地址；通过Intel Pentium和Linux的实例了解整个存储管理机制

  5．理解存储映射、动态内存分配和垃圾回收机制。

  五、在系统上运行程序

  （一）链接

  1. 掌握程序的链接过程，理解静态链接和动态链接，了解链接过程中使用到的技术如符号解析、重定位等。

  2. 了解所写的程序是怎么成为一个可执行文件的，需要了解这中间涉及到的每一个细节，能够排查因为链接问题而产生的程序执行错误。

  （二）异常控制流

  1. 掌握异常控制的相关概念，包括中断、陷阱、错误、中止等。

  2. 了解进程的概念，掌握进程级别的 Exception：信号（signal）以及操作系统处理异常的手段（上下文切换）技术，理解用户程序和系统交互（如系统调用）的原理和方式。

  六、总线

  （一）总线概述

  1. 总线的基本概念

  2. 总线的分类

  3. 总线的组成及性能指标

  （二）总线仲裁

  1. 集中仲裁方式

  2. 分布仲裁方式

  （三）总线操作和定时

  1. 同步定时方式

  2. 异步定时方式

  （四）总线标准

  【参考教材】

  [1] Randal E. Bryant David R. O’Hallaron著. 龚奕利等译. 深入理解计算机系统(原书第2版). 北京：机械工业出版社, 2011.1

  [2] William Stallings著. 彭蔓蔓, 吴强, 任小西等译. 计算机组成与体系结构：性能设计. 北京: 机械工业出版社, 2011.5

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