南京航空航天大学

大纲明细

1.计算机组成原理参考书

袁春风《计算机组成与系统结构(第2版)》，清华大学出版社，2015年8月

王党辉，康继昌，安建峰译《计算机组成与设计 硬件/软件接口(第5版)》，机械工业出版社，2015年7月

2.操作系统参考书

汤小丹，梁红兵，哲凤屏，汤子瀛，《计算机操作系统》(第三版)，西安电子科技大学出版社，2007年5月

3.数据结构参考书

严蔚敏、吴伟民 编著，《数据结构(C)语言版》 清华大学出版社，2007年

一、计算机组成原理部分

【目标】

1. 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。

2. 理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。

3. 能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对以MIPS32架构为代表的的RISC计算机的CPU完成数据通路与控制器的设计与实现。

【大纲】

1.计算机系统概述

(1) 了解计算机的发展历程;

(2) 掌握冯·诺依曼计算机结构的特点，计算机硬件的基本组成与功能，计算机系统的组成(硬件+软件)及其层次结构，计算机的工作原理;

(3) 掌握计算机的性能指标，具体包括CPU执行时间、CPI、时钟周期、主频等;

2.运算方法与运算部件

(1)掌握数制与编码：包括进位计数制及其相互转换，真值和机器数，BCD编码，字符与字符串;

(2) 熟练掌握定点数的表示、运算与运算部件：包括无符号数的表示和有符号整数的表示;补码定点数加减法运算;定点数乘除运算;识记溢出概念和判别方法;

(3) 掌握浮点数的表示与运算：包括浮点数的表示，IEEE754标准，浮点数的加减运算及其规格化;

(4)理解算术逻辑单元ALU的功能与结构，掌握补码加减运算器如何实现;并能够对典型指令完成设计与实现;

(5) 掌握不同层次程序员看到的运算：高级语言以C语言为例，ISA层面则以MIPS32为例;

3.存储器分层体系结构

(1)掌握存储系统的分层，半导体随机访问存储器的组织，只读存储器及主存的主要技术指标等;理解存储器芯片与CPU的连接，掌握多模块存储器的交叉存储;

(2)掌握高速缓冲存储器的CPU基本访存过程， Cache和主存之间的映射方式，程序访问的局部性原理对编程的影响及Cache-friendly的程序，理解Cache替换算法和Cache写策略;

(3)掌握虚拟存储器的基本概念，三种实现方案，缺页的处理及快表的工作原理，注意虚拟地址和物理地址的转换问题，如何查段表和页表;TLB的原理和作用;平均访问时间的计算等。

4.指令系统

(1)熟练掌握指令的基本格式，包括定长操作码和扩展操作码的优缺点对比，采用扩展操作码方式指令数目的计算及设计;

(2)指令的寻址方式：识记有效地址的概念，理解数据寻址和指令寻址，掌握常见寻址方式及寻址过程;

(3) 理解CISC和RISC的基本概念及区别;掌握以MIPS 32为代表的指令集的典型指令，并能够完成相应的汇编程序设计。

5.中央处理器

(1)熟练掌握指令的执行过程，并结合微指令考察一条指令执行的各个步骤;

(2) 掌握CPU数据通路的功能及结构，掌握控制器的功能和设计，并能为MIPS32的典型指令完成相应的CPU设计，包括单周期及流水体系结构的设计;

(3) 掌握异常与中断的处理机制及相应的设计与实现;

6. 系统总线

(1)了解总线概述：识记总线的基本概念，分类，总线的组成及性能指标;

(2) 掌握总线仲裁的仲裁方式以及各自的工作原理;

(3) 掌握总线操作和定时方式以及原理;

(4) 了解总线标准，常用标准所规定的机械结构、功能结构和电气规范;

7.输入输出组织

(1)了解I/O系统基本概念

(2) 识记各种外部设备，理解这些设备的基本工作原理和常见的性能指标;

(3) 识记I/O接口的功能和基本结构，I/O端口及其编址;

(4) 熟练掌握I/O的三种控制方式;中断方式要求掌握中断的基本概念，中断响应过程，中断处理过程，多重中断和中断屏蔽等;DMA方式要求掌握DMA控制器的组成和DMA的传送过程。

二、操作系统部分

【目标】

1. 理解操作系统在计算机系统中的地位、作用及其发展历史和特点。

2. 理解操作系统的基本概念、原理和思维方式，掌握操作系统基本的设计方法与实现技术。

3. 能够运用操作系统原理、方法与技术分析问题和解决问题。

【大纲】

1.操作系统概述

(1)操作系统的概念、特征、功能和提供的服务

(2)操作系统的发展与分类

(3)操作系统的基本结构

2.进程管理

(1) 前驱图以及程序顺序执行和并发执行的特点

(2) 进程的基本概念和思想

(3) 进程的状态与转换

(4) 进程控制块及其作用

(5) 进程组织

(6) 进程同步：进程同步的概念和同步原则，临街资源和临界区的概念，信号量及其应用，经典进程同步问题

(7) 进程通信的基本概念和方法

(8) 线程的概念和多线程模型

3.调度与死锁

(1)调度的概念

(2)调度队列模型

(3)调度的基本准则与方式

(4)各种调度算法及其评价

(5)死锁问题及其处理方法，包括死锁的概念和原因，产生死锁的必要条件，死锁处理策略，死锁的预防、避免、以及检测和解除。

4.内存管理

(1)内存管理的基本概念：链接与装入，逻辑地址与物理地址空间，对换与覆盖，重定位

(2)连续内存分配方法，离散内存分配方法(分页、分段、段页)，

(3)虚拟内存分配方法(虚拟内存的概念，局部性原理，实现虚拟内存所需的硬件和软件支持，请求分页(段)管理，页面置换算法)

(4)内存保护与共享

(5)抖动的概念和处理方法

5.设备管理

(1)I/O体系结构

(2)I/O控制方法

(3)I/O分配中的数据结构和分配方法

(4)通道和通道程序

(5)设备独立性及其实现方法

(6)虚拟设备和SPOOLing技术

(7)缓冲管理

(8)设备处理与I/O软件

(9)设备分配

6.磁盘与文件系统

(1)磁盘的结构和基本概念

(2)磁盘的调度

(3)磁盘的性能改善和容错

(4)外存分配方法与物理文件组织

(5)文件存储空间的管理

(6)逻辑文件组织

(7)文件的基本操作

(8)文件目录及其管理

(9)文件共享和保护

7.操作系统接口

(1)操作系统接口类型

(2)系统调用概念

(3)系统调用的类型和实现方法

三、数据结构部分

【目标】

1. 理解数据结构的基本概念;掌握数据的逻辑结构、存储结构，以及各种基本操作的实现。

2. 能对算法的时间复杂度与空间复杂度进行基本的分析。

3. 能选择合适的数据结构和方法进行问题求解，具备采用 C 或 C++语言设计与实现算法的能力。

【大纲】

1.数据结构基本概念及简单的算法分析

(1)数据结构基本概念;

(2)算法的定义、特性;

(3)简单的算法分析：时间复杂度、空间复杂度;

2.线性表

(1)顺序表和链表的存储与基本操作;

(2)顺序表和链表的应用;

(3)循环链表;双向链表;

3.栈和队列

(1)栈和队列的定义;

(2)栈和队列的顺序和链式存储;

(3)栈和队列的应用;

4.字符串

(1)字符串的定义、存储和操作;

(2)字符串的模式匹配;

5.数组和广义表

(1)数组的顺序存储表示;

(2)矩阵的压缩存储：特殊矩阵、稀疏矩阵;

(3)广义表的定义和存储结构;

6.树与二叉树

(1)二叉树的定义、性质和存储结构;

(2)遍历二叉树;

(3)树的定义和存储结构;

(4)赫夫曼编码;

7.图

(1)图的基本概念;图的存储表示：邻接矩阵、邻接表;

(2)图的遍历与连通性;

(3)最小生成树;

(4)拓扑排序;

(5)关键路径;

(6)最短路径;

8.查找

(1)顺序表查找;有序表查找;索引顺序表查找;

(2)二叉排序树;平衡二叉树;B-树;

(3)哈希表的构造和冲突处理方法;

9.内部排序

(1)插入排序;

(2)交换排序;

(3)选择排序;

(4)归并排序;

(5)基数排序;

(6)内部排序算法的比较和应用;