碩士研究生招生考試
《計算機組成原理》《操作系統(tǒng)》科目大綱
(加試科目)
學院名稱(蓋章)：計算機科學與工程學院
學院負責人(簽字)：藺想紅
編制時間：2022年6月25日
《計算機組成原理》科目考試大綱
第一章計算機系統(tǒng)概論
考核內容：
第一節(jié)計算機的分類
模擬計算機和電子計算機以及它們各自的特點。
第二節(jié)計算機的發(fā)展簡史
計算機的五代變化；半導體存儲器的發(fā)展；微處理器的發(fā)展；計算機的性能指標。
第三節(jié)計算機的硬件
硬件組成要素：運算器、存儲器、控制器、適配器與輸入輸出設備。
第四節(jié)計算機的軟件
軟件的組成與分類；軟件的發(fā)展演變；多級組成的計算機系統(tǒng)；軟件與硬件的邏輯等價性。
考核要求：
了解計算機分類、軟硬件的層次關系，掌握硬件的組成。
第二章運算方法和運算器
考核內容：
第一節(jié)數據與文字的表示方法
數據格式（定點數、浮點數）；數的機器碼表示（原碼、補碼、反碼、移碼）；字符與字符串的表示方法、漢字的表示方法、校驗碼。
第二節(jié)定點加法、減法運算
補碼加法；補碼減法；溢出概念與檢測方法；基本的二進制加法減法器。
第三節(jié)定點乘法運算
原碼并行乘法；直接補碼并行乘法。
第四節(jié)定點除法運算
原碼除法算法原理；并行除法器。
第五節(jié)定點運算器的組成
邏輯運算、多功能算術邏輯運算單元（ALU）；內部總線；定點運算器的基本結構。
第六節(jié)浮點運算方法和浮點運算器
浮點加法、減法運算；浮點乘法、除法運算；浮點運算流水線、浮點運算器實例。
考核要求：
了解浮點運算方法和浮點運算器、定點除法運算、運算器的組成，掌握硬件的組成數制及其轉換，熟練掌握定點加減法運算方法、定點乘法運算。
第三章存儲系統(tǒng)
考核內容：
第一節(jié)存儲器概述
存儲器的分類、存儲器的分級、主存儲器的技術指標。
第二節(jié)靜態(tài)隨機存取存儲器
基本的靜態(tài)存儲元陣列；基本的SRAM邏輯結構；讀寫周期波形圖。
第三節(jié)動態(tài)隨機存取存儲器
DRAM存儲元的記憶原理；DRAM芯片的邏輯結構；讀寫周期、刷新周期；存儲器容量的擴充；高級的DRAM結構、DRAM讀寫的正確性校驗。
第四節(jié)只讀存儲器
只讀存儲器ROM的原理和種類；FLASH存儲器原理。
第五節(jié)并行存儲器
雙端口存儲器；多模塊交叉存儲器。
第六節(jié)cache存儲器
cache基本原理；主存與cache的地址映射；替換策略、cache的寫操作策略。
第七節(jié)虛擬存儲器
虛擬存儲器的基本概念；頁式虛擬存儲器；段式虛擬存儲器和段頁式虛擬存儲器；虛存的替換算法。
第八節(jié)奔騰系列機的虛存組織
存儲器模型；虛地址模式；分頁模式下的地址轉換。
考核要求：
了解存儲器的分類、存儲器的分級、主存儲器的技術指標，各類存儲器的基本原理，掌握虛擬存儲器的基本概念；頁式虛擬存儲器；段式虛擬存儲器和段頁式虛擬存儲器；虛存的替換算法。熟練掌握譯碼電路、存儲器的擴展，達到應用。
第四章指令系統(tǒng)
考核內容：
第一節(jié)指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求
指令系統(tǒng)的發(fā)展；指令系統(tǒng)的性能要求；低級語言與硬件結構的關系。
第二節(jié)指令格式
操作碼；地址碼；指令字長度；指令助記符；指令格式舉例。
第三節(jié)操作數類型
一般的數據類型；Pentium數據類型；PowerPC數據類型。
第四節(jié)指令和數據的尋址方式
指令的尋址方式；操作數基本尋址方式；尋址方式舉例。
第五節(jié)典型指令
指令的分類；基本指令系統(tǒng)的操作；精簡指令系統(tǒng)。
第六節(jié)ARM匯編語言
用實例簡要介紹ARM匯編語言。
考核要求：
了解令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求，掌握指令格式及各部分的功能，數據類型，典型指令系統(tǒng)；熟練掌握指令的尋址方式。
第五章中央處理器
考核內容：
第一節(jié)CPU的功能和組成
CPU的功能；CPU的基本組成；CPU中的主要寄存器；操作控制器與時序產生器。
第二節(jié)指令周期
指令周期的基本概念；MOV指令的指令周期、LAD指令的指令周期、ADD指令的指令周期、STO指令的指令周期、JMP指令的指令周期等幾個典型指令的周期；用方框圖語言表示指令周期。
第三節(jié)時序產生器和控制方式
時序信號的作用和體制；時序信號產生器；控制方式。
第四節(jié)微程序控制器
微程序控制原理；微程序設計技術。
第五節(jié)硬連線控制器
基本思想；指令執(zhí)行流程；微操作控制信號的產生。
第六節(jié)流水CPU
并行處理技術；流水CPU的結構、流水線中的主要問題。
第七節(jié)RISC CPU
RISC機器的特點；RISC CPU實例；動態(tài)流水線調度。
考核要求：
了解流水CPU和RISC CPU；掌握指令周期、時序產生器和控制方式，硬連線控制器；熟練掌握微程序控制原理、微程序設計技術。
第六章總線系統(tǒng)
考核內容：
第一節(jié)總線的概念和結構形態(tài)
總線的基本概念；總線的連接方式；總線的內部結構；總線結構實例。
第二節(jié)總線接口
信息傳送方式；總線接口的基本概念。
第三節(jié)總線仲裁
集中式仲裁；分布式仲裁。
第四節(jié)總線的定時和數據傳送模式
總線的定時；總線數據傳送模式。
第五節(jié)PCI總線和PCIe總線
多總線結構；PCI總線信號；PCI總線周期類型；總線周期操作；PCI總線仲裁；PCIe總線。
考核要求：
了解總線的基本概念、總線的連接方式、總線的內部結構，PCI總線和PCIe總線。掌握總線接口與總線的仲裁。熟練掌握總線的定時，總線數據傳送模式。
第七章外圍設備
考核內容：
第一節(jié)外圍設備概述
外圍設備的一般功能；外圍設備的分類。
第二節(jié)磁盤存儲設備
磁記錄原理；磁盤的組成和分類；磁盤驅動器和控制器；磁盤上信息的分布；磁盤存儲器的技術指標。
第三節(jié)磁帶存儲設備
第四節(jié)光盤和磁光盤存儲設備
光盤存儲設備；磁光盤存儲設備。
第五節(jié)顯示設備
顯示設備的分類與有關概念；字符/圖形顯示器；圖像顯示設備；VESA顯示標準。
第六節(jié)輸入設備和打印設備
輸入設備；打印設備。
考核要求：
了解外圍設備的一般組成。掌握磁盤cache、磁盤陣列RAID、可移動存儲設備、磁帶存儲設備、光盤和磁光盤存儲設備、顯示設備、輸入設備和打印設備。熟練掌握磁盤設備的原理和方法。
第八章輸入/輸出系統(tǒng)
考核內容：
第一節(jié)CPU與外設之間的信息交換方式
輸入/輸出接口與端口；輸入/輸出操作的一般過程；I/O接口與外設間的數據傳送方式；CPU與I/O接口之間的數據傳送。
第二節(jié)程序查詢方式
設備編碼；輸入/輸出指令；程序查詢方式的接口；程序查詢輸入/輸出方式。
第三節(jié)程序中斷方式
中斷的基本概念；程序中斷方式的基本I/O接口；單級中斷、多級中斷；中斷控制器；Pentium中斷機制。
第四節(jié)DMA方式
DMA的基本概念；DMA傳送方式；基本的DMA控制器；選擇型和多路型DMA控制器。
第五節(jié)通道方式
通道的功能；通道的類型；通道結構的發(fā)展。
第六節(jié)通用I／O標準接口
并行I/O標準接口SCSI；串行I/O標準接口IEEE1394/262、I/O系統(tǒng)設計。
考核要求：
了解外圍設備的速度分級與信息交換方式。掌握通用I／O標準接口。熟練掌握程序查詢方式、程序中斷方式、DMA方式和通道方式的原理。
第九章并行組織與結構
考核內容：
第一節(jié)體系結構中的并行性
并行性的概念；提高并行性的技術途徑；單處理機系統(tǒng)中的并行性；多處理機系統(tǒng)中的并行性；并行處理機的結構。
第二節(jié)多線程與超線程處理機
從指令級并行到線程級并行；同時多線程結構；超線程處理機結構。
第三節(jié)多處理機
多處理機系統(tǒng)的分類；SMP的基本概念和SMP的結構。
第四節(jié)多核處理機
多核處理機的優(yōu)勢；多核處理機的組織結構；多核處理機的關鍵技術。
第五節(jié)多核處理機實例
ARM多核處理機；英特爾酷睿多核處理機；英特爾至強融核眾核處理機；龍芯多核處理機。
考核要求：
了解多核處理機及實例。掌握并行性的概念和基本方法、多處理機構成。熟練掌握多線程與超線程處理機。
《計算機組成原理》（第6版），白中英、戴志濤主編，科學出版社，2019年。
《操作系統(tǒng)》科目考試大綱
第一章操作系統(tǒng)概論
考核內容：
第一節(jié)操作系統(tǒng)及其發(fā)展
操作系統(tǒng)的定義和主要特性，了解操作系統(tǒng)的目標；操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位、作用和資源管理功能；操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史，理解多道程序設計的原理和優(yōu)缺點；批處理、分時、實時、個人計算機、嵌入式、網絡和分布式等操作系統(tǒng)的概念和特征。
第二節(jié)操作系統(tǒng)的用戶接口
操作系統(tǒng)為用戶提供的兩大類接口是程序接口和系統(tǒng)調用；程序接口的各種形式；系統(tǒng)調用的概念、實現過程、分類及其與函數調用之間的關系。
第三節(jié)操作系統(tǒng)結構和運行模型
操作系統(tǒng)的構件、結構和運行模型。
第四節(jié)流行操作系統(tǒng)簡介
目前主流的操作系統(tǒng)。
考核要求：
了解操作系統(tǒng)的起源和發(fā)展。理解操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位、作用和資源管理功能，多道程序設計的原理和優(yōu)缺點，各種類型操作系統(tǒng)的概念和特征，操作系統(tǒng)為用戶提供的接口，系統(tǒng)調用的概念、實現過程、分類及其與函數調用之間的關系。掌握操作系統(tǒng)的相關概念和主要特性以及操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位。
第二章處理器管理
考核內容：
第一節(jié)進程及其實現
進程的引入原因；進程的定義和特征，掌握進程與程序的比較；進程控制塊PCB的概念、進程的基本狀態(tài)及其相互轉換；進程映像的概念和組成、進程上下文的概念、組成和進程上下文的切換；訪管指令和特權指令；處理器的工作模式，工作模式的切換；原語的概念和特征；進程控制常用的創(chuàng)建、撤消、阻塞和喚醒原語的引起事件和執(zhí)行過程。
第二節(jié)線程及其實現
引入線程的動機；線程的概念和特征，線程與進程的關系；線程的實現。
第三節(jié)作業(yè)管理
作業(yè)的狀態(tài)及其轉換；作業(yè)概念、作業(yè)與進程的關系、作業(yè)的組成；作業(yè)控制塊JCB的概念、內容和作用。
第四節(jié)處理器調度及其調度算法
處理器調度的層次以及各級調度的主要任務和功能；選擇調度算法的原則和各種作業(yè)調度和進程調度算法的調度策略：先來先服務調度算法、最短作業(yè)優(yōu)先調度算法、最短剩余時間優(yōu)先調度算法、響應比最高者優(yōu)先調度算法、優(yōu)先級調度算法和輪轉調度算法等；實時調度算法和多處理機調度算法。
第五節(jié)Linux進程與線程
Linux操作系統(tǒng)中的進程與線程相關概念和實現技術。
考核要求：
了解操作系統(tǒng)引入進程和線程的原因、作業(yè)的狀態(tài)及其轉換，處理器調度的層次以及各級調度的主要任務和功能等。理解使用各種作業(yè)調度和進程調度算法調度作業(yè)和進程，會計算作業(yè)的周轉時間和帶權周轉時間。掌握進程的定義和特征，進程與程序的比較、進程控制的原語，進程的三種基本狀態(tài)及其相互轉換，進程控制塊PCB的作用，線程的概念和特征，線程與進程的關系，各種作業(yè)調度和進程調度算法的調度策略等。
第三章進程管理
考核內容：
第一節(jié)并發(fā)進程
程序順序執(zhí)行的概念和特征，程序并發(fā)執(zhí)行的概念和特征，進程的并發(fā)性；Berstein條件的和相關問題；并發(fā)進程與時間有關的錯誤；進程并發(fā)執(zhí)行時的兩種基本制約關系：競爭和協作；進程互斥和進程同步的概念。
第二節(jié)臨界區(qū)管理
臨界區(qū)和臨界資源的概念和臨界區(qū)的調度原則；臨界區(qū)管理的軟件方法和硬件設施。
第三節(jié)信號量與PV操作
同步機制的概念和常用類型；信號量、P操作和V操作原語的執(zhí)行過程與含義；使用記錄型信號量機制描述進程并發(fā)執(zhí)行的過程；同步機制的經典問題——五個哲學家吃通心面問題、生產者與消費者問題、讀者與寫者問題、理解理發(fā)師問題。
第四節(jié)管程
管程的概念、一般形式和具體實現。
第五節(jié)進程通信
進程通信的概念、類型和方式，了解信號、管道、消息傳遞、共享內存通信機制。
第六節(jié)死鎖
死鎖產生的原因，掌握死鎖的概念和解決方法；死鎖產生的4個必要條件，理解死鎖防止的策略；死鎖避免的概念，熟練掌握銀行家算法及其應用，學會解決相關問題；死鎖定理，掌握資源分配圖及其化簡方法；死鎖的解除方法。
考核要求：
了解前驅圖和Berstein條件的意義和用途，進程并發(fā)執(zhí)行的特征。理解進程的并發(fā)性，并發(fā)進程與時間有關的錯誤，競爭和協作，互斥和同步，臨界區(qū)和臨界資源，死鎖產生的原因和排除方法，使用銀行家算法避免死鎖發(fā)生。掌握信號量的概念和含義，P操作和V操作的執(zhí)行過程與含義，記錄型信號量機制，用信號量解決問題，使用記錄型信號量機制描述進程并發(fā)執(zhí)行的過程，化簡資源分配圖，臨界區(qū)的調度原則，哲學家問題，生產者與消費者問題，理發(fā)師問題，讀者與寫者問題，死鎖的概念和產生的必要條件等。
第四章存儲管理
考核內容：
第一節(jié)概述
存儲管理的對象和功能；計算機系統(tǒng)存儲器的層次結構，了解程序的編譯、鏈接、裝入和執(zhí)行過程；邏輯地址空間和物理地址空間，邏輯地址和物理地址的概念；地址重定位的概念和兩種方式；存儲保護的概念和方法。
第二節(jié)連續(xù)存儲空間管理
固定分區(qū)存儲管理方法的基本原理、內存分配和回收方法以及優(yōu)缺點；可變分區(qū)存儲管理方法的基本原理，理解內存分配和回收、地址轉換、存儲保護和存儲共享的方法以及優(yōu)缺點；可變分區(qū)存儲管理的內存分配算法并學會解決相關問題；連續(xù)存儲管理中主存擴充的技術：覆蓋、交換和移動。
第三節(jié)分頁存儲管理
分頁存儲管理的基本原理，邏輯地址、物理地址，頁表和地址轉換過程；引入快表的原因和通過快表轉換地址的過程；分頁存儲空間內存的分配和回收方法；頁面共享和保護的方法；多級頁表和反置頁表。
第四節(jié)分段存儲管理
分段存儲管理的基本原理，包括邏輯地址空間和物理地址空間的劃分，段表和地址轉換過程，學會計算邏輯地址和物理地址；段的共享和保護方法；分段存儲管理的特點、分頁和分段存儲管理的異同。
第五節(jié)虛擬存儲管理
程序局部性原理；虛擬存儲器的概念及其容量；分頁虛擬存儲管理的實現原理，包括頁表的結構、地址轉換過程、缺頁中斷和頁面置換的概念，熟練掌握頁面替換算法的策略和應用，能夠解決實際問題；分段虛擬存儲管理的實現原理，包括段表的結構、地址轉換過程、段的擴充、段的共享和保護等；請求段頁式虛擬存儲管理的實現原理，包括邏輯地址空間和物理地址空間的劃分，邏輯地址的結構、段表的結構、頁表的結構、地址轉換過程和優(yōu)缺點等。
考核要求：
了解存儲管理的功能，固定分區(qū)和可變分區(qū)存儲管理的基本原理，移動技術，內存共享和保護，請求分頁、段頁式虛擬存儲管理的實現原理等。理解可變分區(qū)存儲管理的內存分配算法，分頁存儲管理的地址轉換，分段存儲管理的地址轉換和頁面替換算法。掌握邏輯地址空間和物理地址空間的概念，邏輯地址和物理地址的概念，地址重定位的概念和方式，分頁和分段存儲管理的基本原理、地址轉換和優(yōu)缺點，分頁和分段存儲管理的比較，虛擬存儲器的概念和容量，頁面替換算法等。
第五章文件管理
考核內容：
第一節(jié)文件
文件系統(tǒng)的概念和功能；文件的概念和命名規(guī)則；文件的分類和文件屬性；文件的存取方法。
第二節(jié)文件目錄
文件系統(tǒng)的分層結構，層次目錄結構；文件控制塊FCB的概念、內容和作用；文件目錄和目錄文件的概念；UNIX/Linux系統(tǒng)中引入索引節(jié)點inode后文件目錄的組織方法；文件目錄的檢索方法。
第三節(jié)文件組織與數據存儲
文件邏輯結構的概念和兩種基本形式：流式文件和記錄式文件，了解記錄格式，理解記錄、鍵等概念；文件物理結構的概念和常用的組織方法及其優(yōu)缺點。
第四節(jié)文件系統(tǒng)其它功能的實現
文件系統(tǒng)調用的實現；文件存儲空間的管理方法，包括空閑塊的組織方法，空閑塊的分配和回收算法等；文件共享的概念和實現方法；虛擬文件系統(tǒng)。
第五節(jié)文件系統(tǒng)實例
Linux文件系統(tǒng)；Windows文件系統(tǒng)（選講）。
考核要求：
了解文件系統(tǒng)的功能，文件的分類，文件目錄的結構和檢索，文件存儲空間的管理，文件系統(tǒng)調用，文件共享等。理解位示圖的組成和計算，文件目錄的檢索，記錄的成組和分解。掌握文件的存取方法，文件的邏輯結構和物理結構。
第六章設備管理
考核內容：
第一節(jié)I/O硬件原理
I/O系統(tǒng)的概念，理解設備管理的功能；設備的分類；掌握字符設備和塊設備的概念和典型設備等；I/O控制方式，包括控制過程、優(yōu)缺點及其對比等；設備控制器的概念、組成和功能。
第二節(jié)I/O軟件原理和緩沖技術
I/O軟件的設計目標和原則、I/O軟件的組成和層次；I/O中斷處理程序；I/O設備驅動程序的任務和功能；獨立于設備的I/O軟件的功能，用戶空間的I/O軟件的種類和功能；引入緩沖的目的，常用的緩沖技術，多緩沖的組織和工作過程。
第三節(jié)驅動調度技術
磁盤的物理結構；循環(huán)排序和優(yōu)化分布；磁道定位和移臂調度算法的調度策略；提前讀、延遲寫和虛擬盤的概念。
第四節(jié)設備分配
設備獨立性的概念、優(yōu)點和實現；設備分配的方式、數據結構和分配算法。
第五節(jié)虛擬設備
虛擬設備、SPOOLing技術的概念；SPOOLing系統(tǒng)的組成、實現和優(yōu)點。
考核要求：
了解設備管理的功能，設備的分類，I/O軟件的設計目標和層次，設備驅動程序的任務和功能。理解通道的工作過程，引入緩沖的目的，設備分配的方式、數據結構和分配算法，SPOOLing系統(tǒng)的組成、實現和優(yōu)點。掌握字符設備和塊設備、I/O控制方式、通道技術、緩沖技術、移臂調度算法、設備獨立性、虛擬設備和SPOOLing技術。
第七章網絡與分布式操作系統(tǒng)
考核內容：
第一節(jié)計算機網絡和網絡計算模式概述
計算機網絡的概念、組成、功能，了解網絡體系結構和網絡協議；網絡計算、分布式計算、網格計算、云計算等網絡計算模式。
第二節(jié)網絡操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)
網絡操作系統(tǒng)的概念、特征和類型；分布式系統(tǒng)的概念、特征和功能；分布式系統(tǒng)和網絡系統(tǒng)的對比；分布式進程通信、進程同步和進程遷移；分布式資源管理和文件系統(tǒng)。
考核要求：
了解網絡和分布式環(huán)境操作系統(tǒng)概念。理解網絡和分布式環(huán)境操作系統(tǒng)特征和主要功能，網絡系統(tǒng)資源管理和網絡文件系統(tǒng)。掌握分布式進程通信、進程同步和進程遷移的實現。
第八章操作系統(tǒng)安全
考核內容：
第一節(jié)安全性概述以及安全策略、安全模型和安全機制
操作系統(tǒng)安全的概念；安全需求和安全策略、訪問支持策略和訪問控制策略；安全模型、安全模型示例；硬件安全機制、認證機制、授權機制、加密機制、審計機制。
第二節(jié)安全操作系統(tǒng)設計和開發(fā)
安全操作系統(tǒng)結構和設計原則；安全操作系統(tǒng)的開發(fā)；安全系統(tǒng)的評價標準。
第三節(jié)Linux安全機制
Linux的基本安全機制；SELinux；Linux安全模塊。
考核要求：
了解操作系統(tǒng)安全的意義和作用。理解安全策略、安全模型和安全機制。掌握安全操作系統(tǒng)結構和設計原則。
第九章多機系統(tǒng)操作系統(tǒng)及操作系統(tǒng)新進展
考核內容：
第一節(jié)多處理器與多計算機系統(tǒng)
并行處理系統(tǒng)分類；對稱多處理機、集群系統(tǒng)的概念，以及對操作系統(tǒng)支持的要求。
第二節(jié)多核與超線程
多核處理器結構的出現和技術優(yōu)勢；超線程概念和技術；多核操作系統(tǒng)設計相關概念。
第三節(jié)并行處理環(huán)境下的同步與調度
同步粒度的概念；并行計算環(huán)境的同步技術和方法；多處理機調度及相關技術。
第四節(jié)其它新興操作系統(tǒng)技術
考核要求：
了解并行環(huán)境下同步與調度的特點和重要性。理解多機系統(tǒng)對操作系統(tǒng)的額外要求。掌握超線程概念。
《操作系統(tǒng)教程》（第5版），費祥林、駱斌編著，高等教育出版社，2014年。
原文標題：西北師范大學計算機科學與工程學院2023年碩士研究生招生考試自命題《計算機組成原理》科目參考大綱
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