2018年计算机组成原理考研复习指导

本书是王道考研系列中关于计算机考研专业基础课程“计算机组成原理”的复习参考书，是目前市面上的权威性参考图书，已经过多年的检验，深受读者欢迎与喜爱。 

本书是计算机专业研究生入学考试“计算机组成原理”课程的复习用书，内容包括计算机系统概述、数据的表示和运算、存储系统、指令系统、中央处理器、总线、输入/输出系统。全书严格按照*计算机统考大纲的计算机组成原理部分，对大纲所涉及的知识点进行集中梳理，力求内容精炼、重点突出、深入浅出。本书精选各名校的历年考研真题，并给出详细的解题思路，力求实现讲练结合、灵活掌握、举一反三的功效。通过本书“书本＋在线”的学习方式和网上答疑方式，读者在使用本书时遇到的任何疑难点，都可以在王道论坛发帖与道友互动。本书可作为考生参加计算机专业研究生入学考试的备考复习用书，也可作为计算机专业的学生学习计算机组成原理课程的辅导用书。

王道论坛专注于计算机专业学生考研和就业的社区，由国内名校计算机研究生共同创办，致力于给报考计算机专业硕士研究生的学生提供帮助和指导。主要作者赵霖，本科毕业于中南大学，研究生毕业于哈尔滨工业大学，现为王道论坛主要负责人，曾出版图书多种。王道论坛http://www.cskaoyan.com/，专营计算机考研与培训。

目 录
第1章 计算机系统概述 1
1.1 计算机发展历程 1
1.1.1 计算机硬件的发展 1
1.1.2 计算机软件的发展 2
1.1.3 计算机的分类与发展方向 2
1.1.4 本节习题精选 3
1.1.5 答案与解析 3
1.2 计算机系统层次结构 4
1.2.1 计算机系统的组成 4
1.2.2 计算机硬件的基本组成 4
1.2.3 计算机软件的分类 7
1.2.4 计算机的工作过程 7
1.2.5 计算机系统的多级层次结构 8
1.2.6 本节习题精选 8
1.2.7 答案与解析 10
1.3 计算机的性能指标 12
1.3.1 计算机的主要性能指标 12
1.3.2 几个专业术语的概念 14
1.3.3 本节习题精选 14
1.3.4 答案与解析 17
1.4 本章小节 19
1.5 常见问题和易混淆知识点 21
第2章 数据的表示和运算 23
2.1 数制与编码 24
2.1.1 进位计数制及其相互转换 24
2.1.2 真值和机器数 26
2.1.3 BCD码 26
2.1.4 字符与字符串 26
2.1.5 校验码 27
2.1.6 本节习题精选 30
2.1.7 答案与解析 32
2.2 定点数的表示与运算 35
2.2.1 定点数的表示 35
2.2.2 定点数的运算 38
2.2.3 强制类型转换 45
2.2.4 本节习题精选 47
2.2.5 答案与解析 52
2.3 浮点数的表示与运算 59
2.3.1 浮点数的表示 59
2.3.2 浮点数的加减运算 62
2.3.3 本节习题精选 64
2.3.4 答案与解析 68
2.4 算术逻辑单元ALU 75
2.4.1 串行加法器和并行加法器 75
2.4.2 算术逻辑单元的功能和结构 79
2.4.3 本节习题精选 80
2.4.4 答案与解析 81
2.5 本章小结 82
2.6 常见问题和易混淆知识点 83
第3章 存储系统 86
3.1 存储器的层次结构 87
3.1.1 存储器的分类 87
3.1.2 存储器的性能指标 88
3.1.3 本节习题精选 88
3.1.4 答案与解析 89
3.2 存储器的层次化结构 90
3.2.1 多级存储系统 90
3.2.2 本节习题精选 91
3.2.3 答案与解析 91
3.3 半导体随机存储器 92
3.3.1 半导体存储芯片 92
3.3.2 SRAM存储器和DRAM存储器 93
3.3.3 只读存储器 95
3.3.4 本节习题精选 96
3.3.5 答案与解析 98
3.4 主存储器与CPU的连接 101
3.4.1 连接原理 101
3.4.2 主存容量的扩展 101
3.4.3 存储芯片的地址分配和片选 103
3.4.4 存储器与CPU的连接 104
3.4.5 本节习题精选 104
3.4.6 答案与解析 107
3.5 双口RAM和多模块存储器 112
3.5.1 双端口RAM 112
3.5.2 多模块存储器 112
3.5.3 本节习题精选 114
3.5.4 答案与解析 116
3.6 高速缓冲存储器 118
3.6.1 程序访问的局部性原理 118
3.6.2 Cache的基本工作原理 118
3.6.3 Cache和主存的映射方式 119
3.6.4 Cache中主存块的替换算法 122
3.6.5 Cache写策略 122
3.6.6 本节习题精选 123
3.6.7 答案与解析 126
3.7 虚拟存储器 132
3.7.1 虚拟存储器的基本概念 132
3.7.2 页式虚拟存储器 133
3.7.3 段式虚拟存储器 134
3.7.4 段页式虚拟存储器 134
3.7.5 快表TLB 135
3.7.6 虚拟存储器与Cache的比较 135
3.7.7 本节习题精选 135
3.7.8 答案与解析 139
3.8 本章小结 143
3.9 常见问题和易混淆知识点 144
第4章 指令系统 146
4.1 指令格式 146
4.1.1 指令的基本格式 146
4.1.2 定长操作码指令格式 148
4.1.3 扩展操作码指令格式 148
4.1.4 本节习题精选 149
4.1.5 答案与解析 151
4.2 指令寻址方式 154
4.2.1 指令寻址和数据寻址 154
4.2.2 常见的数据寻址方式 154
4.2.3 本节习题精选 158
4.2.4 答案与解析 164
4.3 CISC和RISC的基本概念 170
4.3.1 复杂指令系统计算机CISC 170
4.3.2 精简指令系统计算机RISC 170
4.3.3 CISC和RISC的比较 171
4.3.4 本节习题精选 172
4.3.5 答案与解析 172
4.4 本章小结 173
4.5 常见问题和易混淆知识点 174
第5章 中央处理器 176
5.1 CPU的功能和基本结构 176
5.1.1 CPU的功能 176
5.1.2 CPU的基本结构 177
5.1.3 本节习题精选 178
5.1.4 答案与解析 180
5.2 指令执行过程 182
5.2.1 指令周期 182
5.2.2 指令周期的数据流 183
5.2.3 指令执行方案 185
5.2.4 本节习题精选 185
5.2.5 答案与解析 187
5.3 数据通路的功能和基本结构 189
5.3.1 数据通路的功能 189
5.3.2 数据通路的基本结构 189
5.3.3 本节习题精选 191
5.3.4 答案与解析 196
5.4 控制器的功能和工作原理 202
5.4.1 控制器的结构和功能 202
5.4.2 硬布线控制器 202
5.4.3 微程序控制器 206
5.4.4 本节习题精选 212
5.4.5 答案与解析 215
5.5 指令流水线 218
5.5.1 指令流水线的基本概念 218
5.5.2 流水线的分类 220
5.5.3 影响流水线的因素 221
5.5.4 流水线的性能指标 222
5.5.5 超标量流水线的基本概念 223
5.5.6 本节习题精选 224
5.5.7 答案与解析 228
5.7 常见问题和易混淆知识点 236
第6章 总线 237
6.1 总线概述 237
6.1.1 总线基本概念 237
6.1.2 总线的分类 238
6.1.3 系统总线的结构 238
6.1.4 总线的性能指标 240
6.1.5 本节习题精选 240
6.1.6 答案与解析 243
6.2 总线仲裁 245
6.2.1 集中仲裁方式 245
6.2.2 分布仲裁方式 247
6.2.3 本节习题精选 247
6.2.4 答案与解析 248
6.3 总线操作和定时 249
6.3.1 总线传输的4个阶段 249
6.3.2 同步定时方式 249
6.3.3 异步定时方式 249
6.3.4 本节习题精选 250
6.3.5 答案与解析 251
6.4 总线标准 252
6.4.1 常见的总线标准 252
6.4.2 本节习题精选 253
6.4.3 答案与解析 254
6.5 本章小结 254
6.6 常见问题和易混淆知识点 255
第7章 输入/输出系统 256
7.1 I/O系统基本概念 256
7.1.1 输入/输出系统 256
7.1.2 I/O控制方式 257
7.1.3 本节习题精选 257
7.1.4 答案与解析 258
7.2 外部设备 258
7.2.1 输入设备 258
7.2.2 输出设备 258
7.2.3 外存储器 260
7.2.4 本节习题精选 262
7.2.5 答案与解析 264
7.3 I/O接口 266
7.3.1 I/O接口的功能 266
7.3.2 I/O接口的基本结构 266
7.3.3 I/O接口的类型 267
7.3.4 I/O端口及其编址 267
7.3.5 本节习题精选 267
7.3.6 答案与解析 268
7.4 I/O方式 269
7.4.1 程序查询方式 270
7.4.2 程序中断方式 270
7.4.3 DMA方式 275
7.4.4 本节习题精选 278
7.4.5 答案与解析 283
7.5 本章小结 290
7.6 常见问题和易混淆知识点 291
参考文献 278

前 言
2011年，由王道论坛（）组织名校状元级选手，编写了4本单科辅导书。单科书是基于王道之前作品的二代作品，不论是编排方式，还是内容质量都较前一版本的王道书有了较大的提升。这套书也参考了同类优秀的教材和辅导书，更是结合了高分选手们自己的复习经验。无论是对考点的讲解，还是对习题的选择和解析，都结合了他们对专业课复习的独特见解。2017年，我们继续推出“王道考研系列”单科书，一共4本：
? 《2018年数据结构考研复习指导》
? 《2018年计算机组成原理考研复习指导》
? 《2018年操作系统考研复习指导》
? 《2018年计算机网络考研复习指导》
每一版，我们不仅会修正之前发现的全部错误，还会对考点讲解做出尽可能的优化，也重新审视论坛的交流帖，针对大家提出的疑问和建议对本书做出针对性的优化；此外还重新筛选了部分习题，尤其是对习题的解析做出了更好的改进。
统考8年，难度越来越大、考题越来越灵活，考取高分的难度很大，不少考生遇到这样的试卷有束手无策的感觉，这其实是基础不扎实的表现。当然，深入掌握专业课内容没有捷径，考生也不应怀有任何侥幸心理，扎扎实实打好基础、踏踏实实做题巩固，后灵活致用才是高分的保障。我们只希望这套书能够指导大家复习考研，但学习还是得靠自己，高分不是建立在任何空中楼阁之上的。对于一个想继续在计算机专业领域深造的考生来说，认真学习和扎实掌握这4门计算机专业中基础的专业课，是基本的前提。
“王道考研系列”是计算机考生口碑相传的辅导书，自出版以来在同类书中的销量始终遥遥领先。有这么多的成功学长，我相信只要考生合理地利用好本书、并采用合理的复习方法，一定会收获属于自己的那份回报。
“王道考研系列”的特色是“书本 在线”，你在复习中遇到的任何困难，都可以在王道论坛上发帖，热心道友以及辅导员都会积极参与并与你交流。你的参与就是对我们的鼓舞，任何一个建议，我们都会认真考虑，也会针对大家的意见对本书进行修订。
“不打广告、不发证书、不包就业，专注于培养有梦想、有能力的高级码农”王道程序员训练营是王道团队举办的线下程序员魔鬼式集训。打下扎实的编程和算法基本功，培养程序员式的学习能力和学习方法，期待有梦想有追求的你加入！
予人玫瑰，手有余香，王道论坛伴你一路同行！

风华漫舞

致 读 者
——王道单科使用方法的道友建议

我是二战考生，2012年次考研成绩333分（专业代码408，成绩81分），痛定思痛后决心再战。潜心复习了半年后终于以392分（专业代码408，成绩124分）考入上海交通大学计算机系，这半年里我的专业课成绩提高了43分，成了提分主力。从不达线到比较满意的成绩；从闷头乱撞到有了自己明确的复习思路，我想这也是为什么风华哥从诸多高分选手中选我给大家介绍经验的一个原因吧。
整个专业课的复习是围绕王道材料展开的，从一遍、两遍、三遍看单科书的积累提升，到做8套模拟题时的强化巩固，再到看思路分析时的醍醐灌顶。王道书能两次押中原题固然有运气成分，但这也从侧面说明他们的编写思路和选题方向与真题很接近。
下面说说我的具体复习过程：
每天划给专业课的时间是3～4小时。遍细看课本，看完一章做一章单科书（红笔标注错题），这一遍共持续2个月。第二遍主攻单科书（红笔标注重难点），辅看课本。第二遍看单科书和课本的速度快了很多，但感觉收获更多，常有温故知新的感觉，理解更深刻（风华注，建议这里再速看第三遍，特别针对错题和重难点。模拟题完后再跳看第四遍）。
以上是打基础阶段，注意单科书和课本我仔细精读了两遍，弄懂每个知识点和习题。大概11月上旬开始做模拟题和思路分析，期间遇到不熟悉的地方不断回头查阅单科书和课本。8套模拟题的考点覆盖得很全面，所以大家做题时如果忘记了某个知识点，千万不要慌张，赶紧回去看这个知识盲点，后的模拟就是查漏补缺。模拟题一定要严格按考试时间去做（14:00～17:00），注意应试技巧，做完试题后再回头研究错题。算法题的解法不太好想，如果实在没思路，建议直接“暴力”解决，结果正确也能有10分，总比苦拼出15分来而将后面比较好拿分的题耽误了好（这是我年的切身教训！）。后剩了几天看标注的错题，第三遍跳看单科书，考前一夜浏览完网络，踏实地睡着了……
考完专业课，走出考场终于长舒一口气，考试情况也胸中有数。回想这半年的复习，耐住了寂寞和诱惑，雨雪风霜从未间断跑去自习，考研这人生一站终归没有辜负我的用心良苦。佛教徒说世间万物生来平等，都要落入春华秋实的代谢中去，辩证唯物主义认为事物作为过程存在，凡是存在的终归要结束，你不去为活得多姿多彩拼搏，真到了和青春说再见时你是否会可惜虚枉了青春？风华哥说过我们都是有梦的“屌丝”，我们正在逆袭，你呢？
感谢风华大哥的信任，给我这个机会分享专业课复习经验给大家，作为一个铁杆道友在王道受益匪浅，也借此机会回报王道论坛。祝大家金榜题名！

王道程序员训练营
经常有人问我们：“为什么不做考研培训？这个市场很大”？
这里，算作一个简短的回答吧。王道尊重的不是考研这个行当，而是考研学生的精神，他们的梦想，仅此而已。考研可能是部分CS学生实现梦想的阶段，但考研学习的内容，对CSer的职业生涯毕竟没有太多的帮助和意义。对于计算机专业的学生，编程基本功和学习能力才是受用终生的资本，决定了未来在技术道路上能走多远。
而王道团队也只会专注于计算机这个领域，往其纵深发展，从名校考研、到编程集训、再到求职推荐。从2008年初创办至今，王道创始团队，经历了从本科到考研成功，从硕士到社会历练，积累了不少经验和社会资源，但也走过不少弯路。
计算机是一个靠能力吃饭的专业。和很多现在的你们一样，当年的我们也经历过本科时的迷茫，而无非是自觉能力太弱，以致底气不足。学历只是敲门砖，同样是名校硕士，有人走上正确的方向，如鱼得水，成为Offer帝；有人却始终难入“编程与算法之门”，始终与好Offer无缘，再一次体会就业之痛，后只能“将就”签约。即便是名校硕士，Offer也有8万元人民币、15万元人民币、20万元人民币、25万元人民币……三六九等。考研高分≠Offer高薪，我们更欣赏技术上的牛人。
考研结束后的日子，或许是一段难得的提升编程能力的连续完整时光，趁着还有时间，也该去弥补本科期间应掌握的能力，也是追赶与那些大牛们的差距的时候了。
你将从王道集训营获得
编程能力的迅速提升，结合项目实战，逐步打下坚实的编程基础，培养积极、主动的学习能力。动手编程为驱动的教学模式，解决你在编程、算法思维上的不足。也是为未来的深入学习提供方向指导，掌握编程的学习方法，引导进入“编程与算法之门”。
道友们在集训营里从菜鸟逐步成长，训练营中目前已有不少研究生道友陆续拿到百度、腾讯、阿里、搜狗等一线互联网公司的Offer。这就是竞争力！
正如八期道友孟亮所言：“来了你就发现，这里无关程序员以外的任何东西，这是一个过程，一个对自己认真，对自己负责的过程”。
……
王道集训营的优势
这里都是王道道友，他们信任王道，乐于分享与交流，纯粹。
因为都是忠实的王道道友，都曾经历过考研……集训营的住宿、生活都在一起，其乐融融，很快大家也将成为互帮互助的好朋友！相互学习对方的优点。
本科 硕士的生源。考研绝非人生的出路，给自己换一条路走，去职场上好好发展或许会更好。考上研究生也并不意味着高枕无忧，人生的道路还很漫长。
王道团队皆具有扎实的编程基本功，他们用自己的态度、思维去影响集训营的道友，尽可能引导他们走上正确的发展方向……是对道友信任的回报，也是一种责任！
王道集训营只是一个平台，网罗王道论坛上有梦想、有态度的CS屌丝。并为他们的梦想提供土壤和圈子。始终相信那句“物竞天择 适者生存”，这里的生存并不是简简单单的活下来，而是活得有价值、活得有态度！
王道集训营的参与条件
1．面向就业
面临就业，但编程能力偏弱的计算机相关专业学生。
大学酱油模式渡过，投简历如石沉大海，好不容易有次面试机会，又由于基础薄弱、编程太少，以至于面试时有口无言，面试结果可想而知。开始偿债吧，再不抓住当下，未来或将持续迷茫，逝去了的青春是无法复返的，这个世界上后悔药是确定没有的。
眼光和视野放长远一点吧，在这个充分竞争的技术领域，当前的能力决定了你能找一份怎样的工作，踏实的态度和学习的能力决定了你未来能走多远。
王道集训营（C/C 或安卓方向）的费用通常只有市面培训机构的一半左右，且费用四年未涨（业界良心），极大降低了参加道友的学习成本。
2．面向硕士
提升能力，刚考上计算机相关专业的准研究生或在读研究生。
名校研究生已没有什么可以值得骄傲的资本，我们身边所看到的都是名校硕士。同为名校，为什么有人能轻松拿到百度、腾讯、阿里、微软等Offer，年薪15～30万元人民币，发展前景甚好；有人却只能拿6～10万元人民币年薪的Offer，在房价/物价高飞的年代，这点收入也只能月光吧。家中父母可能因有名校硕士的孩子而骄傲，可不知孩子其实在外面过得很辛苦。
来王道集训营的一些要求
● 王道是开放式网络（同类机构没有谁会开放网络的），有利有弊，我们是希望培养会积极主动学习的人，着重培养他们独立解决问题的能力，需擅于利用网络。
● 保持内在的激情和踏实态度，不需要“打鸡血”。次打鸡血能坚持1个月、第二次能坚持半个月、第三次只能坚持一周，但试想读研或工作后谁会给你“打鸡血”。
● 不要总是期待老师灌输得更多，应逐步摆脱对老师的依赖，培养积极主动的钻研能力、独立解决问题的能力，到后期更应主动去钻研、主动去解决问题。
● 随遇而安，不轻浮，保持虚心和踏实的态度，多独立思考，也要多交流。
● 坚持做笔记，多向身边优秀的道友学习，少说多做，沉浸在代码的世界中。
后，我们并不太看重眼前的基础。始终相信：眼前哪怕基础弱一些，但只要踏踏实实