2021年西北師范大學計算機科學與工程學院碩士研究生入學考試大綱

計算機組成原理

 第一章  計算機系統概論

第一節  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 計算機的發展簡史

計算機的五代變化；半導體存儲器的發展；微處理器的發展；計算機的性能指標。

 第三節  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 計算機的軟件

軟件的組成與分類；軟件的發展演變；多級組成的計算機系統；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

第一節  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 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 定點乘法運算

原碼并行乘法；直接補碼并行乘法。

第四節 定點除法運算

原碼除法算法原理；并行除法器。

第五節 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 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  存儲器體系

第一節 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 SRAM存儲器

基本的靜態存儲元陣列；基本的SRAM邏輯結構；讀寫周期波形圖。

第三節  DRAM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 只讀存儲器和閃速存儲器

只讀存儲器ROM的原理和種類；FLASH存儲器原理。

第五節 并行存儲器

雙端口存儲器；多模塊交叉存儲器。

第六節 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 虛擬存儲器及奔騰系列機的虛存組織

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。

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

第一節 指令系統的發展與性能要求

指令系統的發展；指令系統的性能要求；低級語言與硬件結構的關系。

第二節 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 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 指令和數據的尋址方式（2學時）

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 典型指令

指令的分類；基本指令系統的操作；精簡指令系統。

第六節 ARM匯編語言

用實例簡要介紹ARM匯編語言。

考核要求：

了解令系統的發展與性能要求，掌握指令格式及各部分的功能，數據類型，典型指令系統；熟練掌握指令的尋址方式。

第五章  中央處理器

第一節 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  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  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 微程序控制器

微程序控制原理；微程序設計技術。

第五節 硬連線控制器

基本思想；指令執行流程；微操作控制信號的產生。

第六節 流水CPU 和RISC CPU

并行處理技術；流水CPU的結構、流水線中的主要問題。

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

第一節 總線的概念和結構形態

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 總線接口與總線的仲裁

信息傳送方式；總線接口的基本概念；集中式仲裁；分布式仲裁。

第三節 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。

第四節 HOST總線和PCI總線

多總線結構、PCI總線信號、總線周期類型、總線周期操作、總線仲裁。

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，HOST總線和PCI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 外圍設備與外部存儲

第一節 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 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 磁盤存儲設備的技術

磁盤cache；磁盤陣列RAID；可移動存儲設備；磁帶存儲設備；

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。熟練掌握磁盤設備的原理和方法。

第八章  輸入輸出系統

第一節 外圍設備的速度分級與信息交換方式

    外圍設備的速度分級；信息交換方式

第二節 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 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；5. Pentium中斷機制。

第四節 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 通道方式 

通道的功能；通道的類型；通道結構的發展。

第六節 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

第一節  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；單處理機系統中的并行性；多處理機系統中的并行性；并行處理機的結構。

第二節 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 多處理機

多處理機系統的分類；SMP的基本概念和SMP的結構。

第四節 多核處理機及實例 

多核處理機的優勢；多核處理機的組織結構；多核處理機的關鍵技術；ARM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。

參考書目

白中英等，《計算機組成原理》，科學出版社，2013年，第五版

  西北師范大學計算機科學與工程學院碩士研究生入學考試大綱

操作系統

第一章  操作系統概論

第一節 操作系統及其發展

操作系統的定義和主要特性，了解操作系統的目標；操作系統在計算機系統中的地位、作用和資源管理功能；操作系統的發展歷史，理解多道程序設計的原理和優缺點；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的概念和特征。

第二節 操作系統的用戶接口

 操作系統為用戶提供的兩大類接口是程序接口和系統調用；程序接口的各種形式；系統調用的概念、實現過程、分類及其與函數調用之間的關系。

第三節 操作系統結構和運行模型

操作系統的構件、結構和運行模型。

第四節 流行操作系統簡介

目前主流的操作系統。

考核要求：

了解操作系統的起源和發展。理解操作系統在計算機系統中的地位、作用和資源管理功能，多道程序設計的原理和優缺點，各種類型操作系統的概念和特征，操作系統為用戶提供的接口，系統調用的概念、實現過程、分類及其與函數調用之間的關系。掌握操作系統的相關概念和主要特性以及操作系統在計算機系統中的地位。

第二章  處理器管理

第一節 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；進程控制常用的創建、撤消、阻塞和喚醒原語的引起事件和執行過程。

第二節 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 作業管理

作業的狀態及其轉換；作業概念、作業與進程的關系、作業的組成；作業控制塊JCB的概念、內容和作用。

第四節 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、最短作業優先調度算法、最短剩余時間優先調度算法、響應比最高者優先調度算法、優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 Linux進程與線程 

    Linux操作系統中的進程與線程相關概念和實現技術。

考核要求：

了解操作系統引入進程和線程的原因、作業的狀態及其轉換，處理器調度的層次以及各級調度的主要任務和功能等。理解使用各種作業調度和進程調度算法調度作業和進程，會計算作業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，各種作業調度和進程調度算法的調度策略等。

第3章  進程管理

第一節 并發進程

程序順序執行的概念和特征，程序并發執行的概念和特征，進程的并發性；Berstein條件的和相關問題；并發進程與時間有關的錯誤；進程并發執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 臨界區管理

臨界區和臨界資源的概念和臨界區的調度原則；臨界區管理的軟件方法和硬件設施。

第三節 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操作原語的執行過程與含義；使用記錄型信號量機制描述進程并發執行的過程；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、理解理發師問題。

第四節 管程 

    管程的概念、一般形式和具體實現。

第五節 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 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，進程并發執行的特征。理解進程的并發性，并發進程與時間有關的錯誤，競爭和協作，互斥和同步，臨界區和臨界資源，死鎖產生的原因和排除方法，使用銀行家算法避免死鎖發生。掌握信號量的概念和含義，P操作和V操作的執行過程與含義，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執行的過程，化簡資源分配圖，臨界區的調度原則，哲學家問題，生產者與消費者問題，理發師問題，讀者與寫者問題，死鎖的概念和產生的必要條件等。

第4章  存儲管理

第一節 概述  

存儲管理的對象和功能；計算機系統存儲器的層次結構，了解程序的編譯、鏈接、裝入和執行過程；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 連續存儲空間管理

固定分區存儲管理方法的基本原理、內存分配和回收方法以及優缺點；可變分區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缺點；可變分區存儲管理的內存分配算法并學會解決相關問題；連續存儲管理中主存擴充的技術：覆蓋、交換和移動。

第三節 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 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 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、地址轉換過程和優缺點等。

考核要求：

了解存儲管理的功能，固定分區和可變分區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5章  文件管理

第一節  文件

文件系統的概念和功能；文件的概念和命名規則；文件的分類和文件屬性；文件的存取方法。

第二節 文件目錄 

文件系統的分層結構，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系統中引入索引節點inode后文件目錄的組織方法； 文件目錄的檢索方法。

第三節  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缺點。

第四節 文件系統其它功能的實現

文件系統調用的實現；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。

第五節 文件系統實例

Linux文件系統；Windows文件系統（選講）。

考核要求：

了解文件系統的功能，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6章  設備管理

第一節  I/O硬件原理 

I/O系統的概念，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、優缺點及其對比等；設備控制器的概念、組成和功能。

第二節 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  驅動調度技術

磁盤的物理結構；循環排序和優化分布；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 設備分配

    設備獨立性的概念、優點和實現；設備分配的方式、數據結構和分配算法。

第五節 虛擬設備 

虛擬設備、SPOOLing技術的概念；SPOOLing系統的組成、實現和優點。

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系統的組成、實現和優點。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7章  網絡與分布式操作系統

第一節  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 網絡操作系統和分布式操作系統

網絡操作系統的概念、特征和類型；分布式系統的概念、特征和功能；分布式系統和網絡系統的對比；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。

考核要求：

了解網絡和分布式環境操作系統概念。理解網絡和分布式環境操作系統特征和主要功能，網絡系統資源管理和網絡文件系統。掌握分布式進程通信、進程同步和進程遷移的實現。

第8章  操作系統安全

第一節 安全性概述以及安全策略、安全模型和安全機制

操作系統安全的概念；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 安全操作系統設計和開發

安全操作系統結構和設計原則；安全操作系統的開發；安全系統的評價標準。

第三節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。掌握安全操作系統結構和設計原則。

第9章  多機系統操作系統及操作系統新進展

第一節 多處理器與多計算機系統

并行處理系統分類；對稱多處理機、集群系統的概念，以及對操作系統支持的要求。

第二節 多核與超線程

多核處理器結構的出現和技術優勢；超線程概念和技術；多核操作系統設計相關概念。

第三節 并行處理環境下的同步與調度

同步粒度的概念；并行計算環境的同步技術和方法；多處理機調度及相關技術。

第四節 其它新興操作系統技術

考核要求：

了解并行環境下同步與調度的特點和重要性。理解多機系統對操作系統的額外要求。掌握超線程概念。

參考書目

費祥林 等，《操作系統教程》（第五版），高等教育出版社，2014.2