南京航空航天大學(xué)

大綱明細(xì)

1.計(jì)算機(jī)組成原理參考書

袁春風(fēng)《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第2版)》，清華大學(xué)出版社，2015年8月

王黨輝，康繼昌，安建峰譯《計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì) 硬件/軟件接口(第5版)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2015年7月

2.操作系統(tǒng)參考書

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

3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參考書

嚴(yán)蔚敏、吳偉民 編著，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C)語言版》 清華大學(xué)出版社，2007年

一、計(jì)算機(jī)組成原理部分

【目標(biāo)】

1. 理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。

2. 理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。

3. 能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能對(duì)以MIPS32架構(gòu)為代表的的RISC計(jì)算機(jī)的CPU完成數(shù)據(jù)通路與控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

【大綱】

1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

(1) 了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程;

(2) 掌握馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)硬件的基本組成與功能，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成(硬件+軟件)及其層次結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)的工作原理;

(3) 掌握計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)，具體包括CPU執(zhí)行時(shí)間、CPI、時(shí)鐘周期、主頻等;

2.運(yùn)算方法與運(yùn)算部件

(1)掌握數(shù)制與編碼：包括進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換，真值和機(jī)器數(shù)，BCD編碼，字符與字符串;

(2) 熟練掌握定點(diǎn)數(shù)的表示、運(yùn)算與運(yùn)算部件：包括無符號(hào)數(shù)的表示和有符號(hào)整數(shù)的表示;補(bǔ)碼定點(diǎn)數(shù)加減法運(yùn)算;定點(diǎn)數(shù)乘除運(yùn)算;識(shí)記溢出概念和判別方法;

(3) 掌握浮點(diǎn)數(shù)的表示與運(yùn)算：包括浮點(diǎn)數(shù)的表示，IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算及其規(guī)格化;

(4)理解算術(shù)邏輯單元ALU的功能與結(jié)構(gòu)，掌握補(bǔ)碼加減運(yùn)算器如何實(shí)現(xiàn);并能夠?qū)Φ湫椭噶钔瓿稍O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);

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

3.存儲(chǔ)器分層體系結(jié)構(gòu)

(1)掌握存儲(chǔ)系統(tǒng)的分層，半導(dǎo)體隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器的組織，只讀存儲(chǔ)器及主存的主要技術(shù)指標(biāo)等;理解存儲(chǔ)器芯片與CPU的連接，掌握多模塊存儲(chǔ)器的交叉存儲(chǔ);

(2)掌握高速緩沖存儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)器的基本概念，三種實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換問題，如何查段表和頁表;TLB的原理和作用;平均訪問時(shí)間的計(jì)算等。

4.指令系統(tǒng)

(1)熟練掌握指令的基本格式，包括定長(zhǎng)操作碼和擴(kuò)展操作碼的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，采用擴(kuò)展操作碼方式指令數(shù)目的計(jì)算及設(shè)計(jì);

(2)指令的尋址方式：識(shí)記有效地址的概念，理解數(shù)據(jù)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(qū)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(yīng)的匯編程序設(shè)計(jì)。

5.中央處理器

(1)熟練掌握指令的執(zhí)行過程，并結(jié)合微指令考察一條指令執(zhí)行的各個(gè)步驟;

(2) 掌握CPU數(shù)據(jù)通路的功能及結(jié)構(gòu)，掌握控制器的功能和設(shè)計(jì)，并能為MIPS32的典型指令完成相應(yīng)的CPU設(shè)計(jì)，包括單周期及流水體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);

(3) 掌握異常與中斷的處理機(jī)制及相應(yīng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);

6. 系統(tǒng)總線

(1)了解總線概述：識(shí)記總線的基本概念，分類，總線的組成及性能指標(biāo);

(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(shí)方式以及原理;

(4) 了解總線標(biāo)準(zhǔn)，常用標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)和電氣規(guī)范;

7.輸入輸出組織

(1)了解I/O系統(tǒng)基本概念

(2) 識(shí)記各種外部設(shè)備，理解這些設(shè)備的基本工作原理和常見的性能指標(biāo);

(3) 識(shí)記I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(tǒng)部分

【目標(biāo)】

1. 理解操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位、作用及其發(fā)展歷史和特點(diǎn)。

2. 理解操作系統(tǒng)的基本概念、原理和思維方式，掌握操作系統(tǒng)基本的設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

3. 能夠運(yùn)用操作系統(tǒng)原理、方法與技術(shù)分析問題和解決問題。

【大綱】

1.操作系統(tǒng)概述

(1)操作系統(tǒng)的概念、特征、功能和提供的服務(wù)

(2)操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類

(3)操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2.進(jìn)程管理

(1) 前驅(qū)圖以及程序順序執(zhí)行和并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)

(2) 進(jìn)程的基本概念和思想

(3) 進(jìn)程的狀態(tài)與轉(zhuǎn)換

(4) 進(jìn)程控制塊及其作用

(5) 進(jìn)程組織

(6) 進(jìn)程同步：進(jìn)程同步的概念和同步原則，臨街資源和臨界區(qū)的概念，信號(hào)量及其應(yīng)用，經(jīng)典進(jìn)程同步問題

(7) 進(jìn)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(diào)度與死鎖

(1)調(diào)度的概念

(2)調(diào)度隊(duì)列模型

(3)調(diào)度的基本準(zhǔn)則與方式

(4)各種調(diào)度算法及其評(píng)價(jià)

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

4.內(nèi)存管理

(1)內(nèi)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(duì)換與覆蓋，重定位

(2)連續(xù)內(nèi)存分配方法，離散內(nèi)存分配方法(分頁、分段、段頁)，

(3)虛擬內(nèi)存分配方法(虛擬內(nèi)存的概念，局部性原理，實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存所需的硬件和軟件支持，請(qǐng)求分頁(段)管理，頁面置換算法)

(4)內(nèi)存保護(hù)與共享

(5)抖動(dòng)的概念和處理方法

5.設(shè)備管理

(1)I/O體系結(jié)構(gòu)

(2)I/O控制方法

(3)I/O分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分配方法

(4)通道和通道程序

(5)設(shè)備獨(dú)立性及其實(shí)現(xiàn)方法

(6)虛擬設(shè)備和SPOOLing技術(shù)

(7)緩沖管理

(8)設(shè)備處理與I/O軟件

(9)設(shè)備分配

6.磁盤與文件系統(tǒng)

(1)磁盤的結(jié)構(gòu)和基本概念

(2)磁盤的調(diào)度

(3)磁盤的性能改善和容錯(cuò)

(4)外存分配方法與物理文件組織

(5)文件存儲(chǔ)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(hù)

7.操作系統(tǒng)接口

(1)操作系統(tǒng)接口類型

(2)系統(tǒng)調(diào)用概念

(3)系統(tǒng)調(diào)用的類型和實(shí)現(xiàn)方法

三、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部分

【目標(biāo)】

1. 理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念;掌握數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及各種基本操作的實(shí)現(xiàn)。

2. 能對(duì)算法的時(shí)間復(fù)雜度與空間復(fù)雜度進(jìn)行基本的分析。

3. 能選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法進(jìn)行問題求解，具備采用 C 或 C++語言設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)算法的能力。

【大綱】

1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念及簡(jiǎn)單的算法分析

(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念;

(2)算法的定義、特性;

(3)簡(jiǎn)單的算法分析：時(shí)間復(fù)雜度、空間復(fù)雜度;

2.線性表

(1)順序表和鏈表的存儲(chǔ)與基本操作;

(2)順序表和鏈表的應(yīng)用;

(3)循環(huán)鏈表;雙向鏈表;

3.棧和隊(duì)列

(1)棧和隊(duì)列的定義;

(2)棧和隊(duì)列的順序和鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ);

(3)棧和隊(duì)列的應(yīng)用;

4.字符串

(1)字符串的定義、存儲(chǔ)和操作;

(2)字符串的模式匹配;

5.數(shù)組和廣義表

(1)數(shù)組的順序存儲(chǔ)表示;

(2)矩陣的壓縮存儲(chǔ)：特殊矩陣、稀疏矩陣;

(3)廣義表的定義和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu);

6.樹與二叉樹

(1)二叉樹的定義、性質(zhì)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu);

(2)遍歷二叉樹;

(3)樹的定義和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu);

(4)赫夫曼編碼;

7.圖

(1)圖的基本概念;圖的存儲(chǔ)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?fù)渑判?

(5)關(guān)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(gòu)造和沖突處理方法;

9.內(nèi)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(shù)排序;

(6)內(nèi)部排序算法的比較和應(yīng)用;