编辑推荐
适读人群 :参加计算机考研的学生 天勤论坛全力奉献,“统考”与“非统考”知识点全覆盖,配套的移动端学习软件,可实现在线刷题、视频课程学习、学习圈交流等,让计算机专业课的复习变得更加简单、高效。 本书较第三版有了重大更新: 1. 提供了配套的移动端学习软件,学习不再有地点和时间的限制; 2. 书籍所有内容严格按照大纲知识点进行划分,哪里不懂就拿出口袋题库扫一扫书中的二维码,即可获得学长学姐的知识点视频讲解以及该知识点的笔记、心得等宝贵学习资源; 3. 基于口袋题库的学习记录,个性化推荐适合你的题库,学习变得更加高效; 4. 将近一年来答疑的精华内容再一次融入了知识点讲解,使其更加完善。
内容简介
《2017版计算机组成原理高分笔记(第5版)》针对近几年全国计算机学科专业综合考试大纲的“计算机组成原理”部分进行了深入解读,以一种独创的方式对考试大纲知识点进行了讲解,即从考生的视角剖析知识难点;以通俗易懂的语言取代晦涩难懂的专业术语;以成功考生的亲身经历指引复习方向;以风趣幽默的笔触缓解考研压力。读者对书中的知识点讲解有任何疑问都可与作者进行在线互动,以便及时解决复习中的疑难点,提高复习效率。
根据计算机专业研究生入学考试形势的变化(逐渐实行非统考),书中对大量非统考知识点进行了讲解,使《2017版计算机组成原理高分笔记(第5版)》所包含的知识点除覆盖统考大纲的所有内容外,还包括了各大自主命题高校所要求的知识点。
《2017版计算机组成原理高分笔记(第5版)》可作为参加计算机专业研究生入学考试的复习指导用书(包括统考和非统考),也可作为全国各大高校计算机专业或非计算机专业的学生学习“计算机组成原理”课程的辅导用书。
内页插图
精彩书评
★如果你是毫无基础或者基础薄弱,特别是跨考计算机专业的同学,那么我诚挚地向你推荐“高分笔记系列”书籍,它以通俗易懂的讲解让你快速入门,使你更有信心打败计算机考研中专业课这个拦路虎,从而分出更多时间和精力复习公共课,最终取得理想的成绩!
——孙景润(总分401,专业课120,跨考浙大计算机)
★天勤的《八套考研模拟卷》,正如书中所述,原创之逼近真题程度,特别是知识点总结,在我的脑海形成了完整的知识体系。本人的跨考之路深受其恩惠,在此推荐给大家。有天勤作伴的你,只需要用心研读&&用心笔记,就可以return success了。
——许利宁(总分380,专业课127,跨考清华计算机)
★对于计算机专业的同学,复习关键在“点”。“高分笔记系列”针对于各个点的把握非常全面,结构清晰,详略得当。一遍详读深刻理解,一遍泛读过滤点滴,一遍速读查补缺漏,事可成矣!
——杨学轶(总分384,专业课129,报考北航计算机)
目录
序
前言
第1章计算机系统概述
大纲要求
考点与要点分析
核心考点
基础要点
本章知识体系框架图
知识点讲解
1.1计算机的发展历程
知识点1入门知识
入门知识1:门电路
入门知识2:三态门
入门知识3:片选译码器
入门知识4:那些可怕的专业术语
入门知识5:与存储相关的那些名词
入门知识6:与字、字长相关的那些名词
入门知识7:与周期相关的那些名词
知识点2计算机的发展历史
1.2计算机系统层次结构
知识点3计算机硬件的基本组成
知识点4计算机软件的分类
知识点5计算机的工作过程
知识点6计算机系统的层次结构
知识点7计算机系统的基本组成
1.3计算机性能指标
知识点8计算机性能指标
习题
习题答案
第2章数据的表示和运算
大纲要求
考点与要点分析
核心考点
基础要点
本章知识体系框架图
知识点讲解
2.1数制与编码
知识点9进位计数制及其相互转换
知识点10真值和机器数
知识点11 BCD码
知识点12字符和字符串
知识点13校验码
2.2定点数的表示和运算
知识点14定点数的表示
知识点15定点数的运算
2.3浮点数的表示和运算
知识点16浮点数的表示
知识点17浮点数的加/减运算
2.4算术逻辑单元
知识点18 串行加法器和并行加法器
知识点19算术逻辑单元的功能和结构
习题
习题答案
第3章存储器层次结构
大纲要求
考点与要点分析
核心考点
基础要点
本章知识体系框架图
知识点讲解
3.1存储器的分类
知识点20存储器的分类
3.2存储器的层次化结构
知识点21 存储器的层次化结构
3.3半导体随机存取存储器
知识点22半导体随机存取存储器基本概念
知识点23 S凡w
知识点24 D融蝴
知识点25只读存储器
知识点26 Flash存储器
3.4 主存储器与CPU的连接
知识点27主存储器与CPU的连接
3.5 双口RAM和多模块存储器
知识点28双口RAM和多模块存储器
3.6高速缓冲存储器
知识点29 Cache的基本工作原理
知识点30 Cache和主存之间的映射方式
知识点31 Cache中主存块的替换算法
知识点32 Cache写操作策略
3.7虚拟存储器
知识点33虚拟存储器的基本概念
知识点34页式虚拟存储器
知识点35段式虚拟存储器
知识点36段页式虚拟存储器
知识点37 TLB(快表)
3.8外存储器
知识点38外存储器
习题
习题答案
第4章指令系统
大纲要求
考点与要点分析
核心考点
基础要点
本章知识体系框架图
知识点讲解
4.1指令格式
知识点39指令的基本格式
知识点40定长操作码指令格式
知识点41 不定长操作码指令格式
4.2指令的寻址方式
知识点42数据寻址和指令寻址
知识点43 常见寻址方式
4.3 CISC和RISC的基本概念
知识点44 CISC和RISC的基本概念
习题
习题答案
第5章中央处理器
大纲要求
考点与要点分析
核心考点
基础要点 -
本章知识体系框架图
知识点讲解
5.1 CPU的功能和基本结构
知识点45 CPU的功能
知识点46 CPU的基本结构
知识点47 CPU中的主要寄存器
5.2指令执行过程
知识点48指令周期
知识点49指令的执行过程与信息流
5.3数据通路的功能和基本结构(了解即可)
知识点50数据通路的功能和基本结构
5.4控制器的功能和工作原理
知识点51 控制单元的功能
知识点52控制单元的设计
5.5指令流水线
知识点53指令流水线的基本概念
知识点54指令流水线的基本实现
知识点55超标量和动态流水线的基本概念
5.6中断系统 -
知识点56中断系统
习题
习题答案
第6章总线
大纲要求
考点与要点分析
核心考点
基础要点
本章知识体系框架图
知识点讲解
6.1总线概述
知识点57总线的基本概念
知识点58总线的分类
知识点59总线的组成及性能指标
知识点60总线的结构
6.2总线仲裁
知识点61 集中仲裁方式
知识点62分布仲裁方式
6.3 总线操作和定时
知识点63总线周期的概念
知识点64同步定时方式
知识点65异步定时方式
6.4总线标准
知识点66总线标准
习题
习题答案
第7章输入/输出系统
大纲要求
考点与要点分析
核心考点
基础要点
本章知识体系框架图
知识点讲解
7.1 110系统基本概念
知识点67 110系统基本概念
7.2外部设备
知识点68 110设备分类
知识点69输入设备
知识点70输出设备
7.3110接口(I/O控制器)
知识点71 110接口基础知识
知识点72 110接口的功能和基本结构
知识点73 110端口及其编址
7.4 110方式
知识点74程序查询方式
知识点75程序中断方式
知识点76 DMA方式
习题
习题答案
第8章非统考高校知识点补充
知识点77浮点数的表示范围
知识点78浮点数的乘除法运算
附录
附录A历年真题分值、考点统计表
附录B历年真题考点索引表
参考文献
前言/序言
前 言 高分笔记系列书籍包括《数据结构高分笔记》《计算机组成原理高分笔记》《操作系统高分笔记》和《计算机网络高分笔记》等,是一套针对计算机考研的辅导书。它们于2010年夏天诞生于一群考生之手,其写作风格特色突出,表现为:以学生的视角剖析知识难点;以通俗易懂的语言取代晦涩难懂的专业术语;以成功考生的亲身经历指引复习方向;以风趣幽默的笔触缓解考研压力。该丛书从成书的那一日起就不断接受读者的反馈意见,为了更好地与读者沟通,成立了天勤论坛(www.csbiji.com),论坛名取自古训“天道酬勤”,以明示考生考研之路艰辛,其成功非勤而无以至。论坛专门为该丛书开设了答疑专区,以弥补书中讲解的百密一疏;勘误专区,让考生成为作者的一部分,实时发现书中的不足以便及时纠正;读者回馈专区,保留最真实的留言,用考生自己的声音向新人展示高分笔记的特色。 相信该丛书带给考生的将是更高效、更明确、更轻松、更愉快的复习过程。 本书特色: 1.通俗易懂,贴近大纲为了让考生更加轻松地学习和理解操作系统考研相关知识点,本书按照大纲顺序,对每个知识点都进行了讲解。对于某些难点和重点进行了比较详细的讲解,意在帮助考生更好地学习和理解。在习题中,基本每个题目都有很详细的解答,有难度或者有技巧的题目都有很详尽的解释,意在帮助考生回忆并掌握知识点。 2.集众人意见,不断完善天勤论坛作为一个计算机考研学习交流平台,每年都会有很多考生提出很好的建议或指出书中的不足,笔者将这些建议进行整理,融入到书籍中,并对考生经常有疑问的知识点的编排进行了进一步的改进和解释。 3.横向比较,及时练习操作系统中有些知识点对于一个事件的处理往往有多种方法。本书针对这种情况,在讲完方法之后,会对这些方法做横向对比,将每种方法的特点和优缺点进行比较,方便考生记忆和理解。同时,每章都整理了一些经典习题并配以详细解答,便于考生进行自我检测。 4.亮点突出操作系统中关于进程管理的部分一直是考研必考的知识点,也是比较难掌握的章节,尤其是P、V操作更是让很多考生感到无从下手。本书对于进程管理部分有详细的讲解,尤其是对于P、V操作部分的理解,有着其他同类书籍所没有的独到见解。笔者对P、V题目的解题思路进行了总结,并对经典的几种进程同步问题作了详细的讲解,提出了一些新的思路。相信进程管理部分的内容一定会让考生眼前一亮,会帮助考生对进程同步有更全面的理解。 今年,我们还为考生提供了移动端学习的方式。考生通过结合移动端学习软件——口袋题库,会发现使用本书备考,有了很多有趣的变化: 变化一:书籍所有内容严格按照大纲知识点进行划分,每个知识点均配有二维码,拿出手机扫一扫,也许会获得学长和学姐的知识点视频讲解以及该知识点的心得笔记等宝贵学习资料。 变化二:学习不再受时间和地点限制。带上口袋题库,走到哪学到哪,你将随时分享:真题和错题练习,学长视频讲解、心得笔记,考生线上交流圈等板块内容,完全实现线上线下同步学习。 变化三:教材的配套习题可实现线上阅卷,用手机扫一扫教材的习题二维码,输入答案,即可实现在线阅卷,并生成详细的学习报告,让学习变得更加高效。 变化四:难点和重点实时推送。本书作者根据后台的数据分析,将错误率高的习题和考生询问多的知识点进行更详细的讲解,甚至录制视频课程推送给考生,帮助考生扫尽难点。 我们每年都在不断修订、完善本书,希望本书成为计算机专业考研学生必选的辅导书籍。参加本书编写的人员有:周伟,王勇,王征兴,王征勇,霍宇驰,董明昊,王辉,郑华斌,王长仁,刘泱,刘桐,章露捷,刘建萍,刘炳瑞,刘菁,孙琪,施伟,金苍宏,蔡明婉,吴雪霞,周政强,孙建兴,周政斌,叶萍,孔蓓,孙肇博,张继建,胡素素,邱纪虎,率方杰,李玉兰,率秀颂。 下载计算机考研资料请访问天勤论坛(www.csbiji.com)。答疑、视频课程和刷题请下载口袋题库,扫描下面的二维码即可下载。 口袋题库-重新定义考研学习作 者
《计算机硬件底层揭秘:从逻辑门到处理器架构》 一、 导论:架构之魂,万物之基 在数字浪潮席卷全球的今天,我们手中的智能手机、桌面的高性能电脑、乃至云端庞大的服务器集群,无一不是建立在深厚而精密的计算机硬件基础之上。理解计算机的“心跳”与“脉络”,洞悉其如何将抽象的指令转化为生动的交互,是每一位有志于投身信息技术领域、或是希望深刻理解数字世界运行机制的探索者必经之路。本书并非一份枯燥的技术手册,而是一次深入计算机硬件内部的哲学之旅,一次对计算本质的探寻。我们将从最基础的逻辑门电路出发,层层递进,直至剖析现代处理器的复杂架构,揭示信息如何被处理、存储、传输,最终汇聚成我们所见的丰富多彩的数字世界。这不仅仅是关于“如何工作”,更是关于“为何如此”。我们将不仅仅学习“是什么”,更要理解“为什么”,从而培养出独立分析和解决问题的能力,为未来的技术创新奠定坚实根基。 二、 逻辑的基石:二进制与逻辑门 万物之始,混沌之中,计算机的世界却以一种近乎纯粹的秩序运行——二进制。0与1,两种简单的状态,构成了数字世界的全部语言。本书将带领读者穿越这层抽象的表象,深入探究二进制是如何在物理世界中被实现的。我们将从最基本的逻辑门电路(AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR)开始,理解它们如何根据输入信号产生唯一的输出信号。我们会探索这些逻辑门如何通过组合,构建出更复杂的电路,例如加法器、减法器,这是进行任何算术运算的起点。我们将学习如何利用真值表和布尔代数来分析和设计逻辑电路,掌握将高层逻辑需求转化为低层电路实现的转化过程。在这个阶段,你将不再视“0”和“1”为无生命的符号,而是理解它们代表的真实电压信号,以及它们如何在电路中流动,完成信息的基本处理。这种对最底层构件的深刻理解,将为后续学习更复杂的概念打下牢不可破的基础。 三、 构建单元:组合与时序电路 基于逻辑门,我们进一步构建出计算机硬件的核心单元。首先,我们将深入研究“组合电路”,它没有记忆功能,输出仅取决于当前输入。通过组合逻辑门,我们将构建出全加器、半加器、多路选择器、译码器、编码器等关键组件。理解这些组件的功能和设计原理,将使我们能够理解数据是如何在微观层面被选择、合并和转换的。 随后,我们将引入“时序电路”的概念,这是计算机能够“记忆”和“执行序列”的关键。我们将学习触发器(Flip-Flop)的工作原理,理解它们如何存储一位二进制信息,以及它们如何构成基本的存储单元。基于触发器,我们将构建出寄存器(Register),它们是处理器内部用来临时存放数据的区域,是指令执行过程中不可或缺的组成部分。我们还将探讨移位寄存器,它们在数据的序列处理和位移操作中扮演重要角色。最后,我们将了解计数器,它们是如何利用时序逻辑来累加和计数的,为时钟信号的生成和控制提供基础。从组合电路到时序电路,我们将一步步看到计算机如何从静态的逻辑运算走向动态的信息处理。 四、 数据表示与算术运算 在理解了逻辑和电路的基本构件后,我们将转向计算机内部数据是如何被表示和处理的。我们将详细学习整数和浮点数的二进制表示方法,包括原码、反码、补码,以及IEEE 754标准。理解这些表示方法,对于理解计算机如何进行精确的数值计算,以及可能出现的溢出和精度问题至关重要。 在此基础上,我们将深入探讨计算机如何执行算术和逻辑运算。我们将分析加法器、减法器、乘法器、除法器等算术逻辑单元(ALU)的设计原理。我们将学习如何使用二进制运算来实现这些复杂的功能,以及如何处理不同类型的数据。我们还会研究逻辑运算(AND、OR、XOR等)是如何在硬件层面实现的,它们在数据处理和位操作中起着至关重要的作用。通过对这些运算单元的深入理解,我们将明白计算机为何能以惊人的速度进行复杂的计算,以及这些计算是如何一步步被分解并执行的。 五、 存储器系统:信息的殿堂 如果说处理器是计算机的“大脑”,那么存储器就是它的“记忆”。本书将详细剖析计算机存储器系统的层次结构,从速度最快、容量最小的寄存器,到高速缓存(Cache),再到主存储器(RAM),以及速度最慢、容量最大的外存储器(如硬盘、固态硬盘)。我们将深入理解每个层次存储器的作用、特点、以及它们之间的协同工作机制。 我们将学习各种存储器的基本工作原理,例如RAM(随机存取存储器)的读写过程,ROM(只读存储器)的特性。重点将放在Cache的工作原理,包括它的分级结构、映射方式(直接映射、全关联映射、组相联映射)、替换算法(LRU、FIFO等)以及写策略。理解Cache的工作机制,是理解现代处理器性能如此之高的关键所在,它极大地减少了处理器访问主存储器的时间。同时,我们还将探讨存储器管理单元(MMU)在虚拟存储器系统中的作用,它如何将物理地址与逻辑地址进行映射,从而实现内存的扩充和保护。 六、 指令集体系结构(ISA):计算机的语言 处理器之所以能够执行指令,是因为它遵循一套特定的“语言”,这就是指令集体系结构(ISA)。ISA定义了处理器能够识别和执行的所有指令的集合,包括指令的格式、操作码、寻址方式以及数据类型等。我们将深入探讨不同类型的ISA,如CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机),理解它们的设计理念和优缺点。 我们将详细解析指令的执行流程,包括取指、译码、执行、访存、写回等五个基本阶段,即著名的“指令流水线”。我们将学习如何通过优化流水线设计来提高处理器的执行效率,例如通过分支预测、乱序执行等技术来克服流水线中的“冲突”和“气泡”。此外,我们还将探讨寻址方式的多样性,如立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址、间接寻址、基址+偏移量寻址等,理解它们如何灵活地访问内存中的数据。理解ISA,就像掌握了一门与处理器直接沟通的语言,能够让我们洞悉程序的执行细节。 七、 中央处理器(CPU)的核心:微架构设计 在掌握了ISA之后,我们将进一步深入CPU的内部世界,探索其精妙的微架构设计。我们将剖析CPU的核心组成部分,包括程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、控制器单元(CU)、算术逻辑单元(ALU)以及寄存器堆。我们将详细研究指令的解码过程,以及CU如何根据指令生成一系列控制信号,指挥其他部件协同工作。 我们将重点关注现代处理器中普遍采用的高性能设计技术。这包括指令流水线(Pipeline)的深度和宽度,如何实现超标量(Superscalar)设计,即在一个时钟周期内并行执行多条指令。我们将探讨分支预测(Branch Prediction)的机制,以及它如何有效地减少因分支跳转带来的流水线停顿。我们将学习乱序执行(Out-of-Order Execution)的概念,处理器如何打破指令的依赖关系,以最优的顺序执行指令,从而最大限度地提高CPU的利用率。我们还将接触到多核处理器(Multi-core Processor)的原理,以及它们如何通过集成多个处理核心来提升整体计算能力。 八、 输入输出(I/O)系统:连接世界 计算机并非孤立的个体,它需要与外部世界进行信息交互,这就离不开输入输出(I/O)系统。我们将学习I/O设备是如何连接到计算机的总线上的,以及总线(Bus)在数据传输中的作用,包括数据总线、地址总线和控制总线。 我们将深入理解I/O接口的设计,以及I/O与CPU之间进行数据交换的几种主要方式:程序控制I/O、中断驱动I/O和DMA(直接内存访问)。DMA技术是提高I/O效率的关键,它允许I/O设备直接与内存进行数据传输,而无需CPU的干预,极大地解放了CPU的处理能力。我们还将探讨I/O设备如何通过各种标准接口(如PCIe、USB)与计算机连接,以及操作系统的I/O管理在其中扮演的角色。 九、 性能评估与优化:效率的追求 理解了计算机硬件的各个组成部分及其工作原理,最终目标是为了更好地设计和使用计算机。本书的最后部分将探讨如何评估计算机的性能,以及在硬件和软件层面进行性能优化的策略。我们将学习各种性能指标,如时钟频率、IPC(每周期指令数)、FLOPS(每秒浮点运算次数)等,并理解它们之间的关系。 我们将讨论影响计算机性能的关键因素,包括CPU的微架构、内存的访问速度、I/O的吞吐量等。在软件层面,我们将简要介绍编译器如何根据硬件特性生成高效的机器码,以及如何通过算法优化来提升程序的执行效率。对于硬件设计者而言,本书提供的知识将有助于他们设计出更高性能、更节能的处理器。对于软件开发者而言,理解硬件的工作原理将帮助他们编写出更贴近硬件、性能更优的程序。 结语:探索永无止境 《计算机硬件底层揭秘:从逻辑门到处理器架构》的旅程至此告一段落,但对计算机科学的探索永无止境。从最基础的逻辑门到复杂的处理器微架构,我们一层层剥开了数字世界的神秘面纱。希望本书能够点燃你对计算机硬件的浓厚兴趣,培养你独立思考、分析问题的能力,让你能够更深入地理解我们所处的信息时代,并在未来的技术浪潮中,成为一名敏锐的观察者和积极的创造者。这不仅仅是一次知识的学习,更是一次思维的升华。