计算机系统基础复习指北

一、考试范围

一 单选题(每题2分，共30分)

二~四题（程序填空题、计算题、应用题） (共70分)

二、复习范围

第一章 计算机系统概述

   1．ENIAC，ABC的“世界第一台电子计算机”之争。冯·诺依曼被美军军方负责人戈尔斯坦邀请加入了ENIAC研制组。冯·诺依曼计算机的基本思想（4个方面，最主要是存储程序,程序控制）。

• 采用“存储程序”工作
• 计算机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备组成
• 存储器能存放设备也能存放指令。控制器能自动执行指令。运算器能进行算术运算，也能进行逻辑运算。操作人员通过输入输出设备使用计算机
• 计算机内部用二进制表示指令和数据；每条指令由操作码和地址码组成，由一串指令组成程序

 2．P3中“计算机内部以二进制形式表示指令和数据”，CPU从存储器中取出指令和数据，如何区分？

   从时间来说：取指令事件发生在“取指周期”；取数据事件发生在“执行周期”。

   从空间来说：取出的二进制代码是指令，一定送往指令寄存器（控制器）；取出的二进制代码是数据，一定送往数据寄存器（运算器）。

   3．计算机软件分为：系统软件和应用软件，常见例子能区别开。

•  系统软件：如操作系统、语言翻译系统等
• 应用软件:解决具体问题

   4．P10的从源程序到可执行目标文件的转换过程：预处理、编译、汇编、链接。

 5．图1.10计算机系统抽象层(层次化结构)：高级语言，低级语言(机器语言和汇编语言)。ISA的含义、内容及特性（常见的ISA，例如MIPS，ARM，IA-32），ISA与微体系结构(微架构)的区别(P13)。

 

•  ISA(Instruction Set Architecture):指令集体系结构
• ISA内容：对指令系统的一种规范。内容包括：指令集、寄存器结构、存储空间和编址方式、数据存放方式、寻址方式、指令控制等。

•  ISA特性：定义了一台计算机可以执行的所有指令的集合。

• ISA与微架构的区别：ISA是软件可以感知到的部分，微体系结构是软件不可感知部分。相同的ISA可以有不同的微体系结构，微体系结构由逻辑电路实现。 

6．应用程序员与系统程序员的区别。（P16,17：开发应用软件与系统软件的区别）

• 应用程序员使用高级程序设计语言编写程序
• 系统程序员需要熟悉计算机底层的相关硬件和系统结构

7．CPI、MIPS的含义，学会计算CPI、MIPS，具体见要求会做的例题与习题。

• CPI(Cycles per instruction):执行一条指令所需要的时钟周期数
• MIPS(Million Instructions Per Second):平均每秒执行多少百万条指令

习题：第6，7，8，10，11题

 

第二章 数据的机器级表示与处理

  1．给定任意一个真值数（包括整数、小数部分）能够转换成为不同数制（二、八、十六进制）。

  2．机器数的表示方式：原码、补码、反码、移码。要求：给定任意一个数，能求出上述四种表示编码（同时给定任一机器码，能给出真值是多少?），并且熟悉上述四种编码的特点（例如数值零的表示形式是否唯一，补码与移码具备相同的范围）；给定指定数值宽度（例如8位或16位）的小数或整数能求出上述四种编码的所表示真实值的范围。

• 原码：由符号位和数值组成，0的表示不唯一
• 补码：实现加减法运算的统一，0的表示唯一，比原码和反码多表示一个最小负数
• 反码：各位取反。0的表示不唯一，表数范围比补码少一个最小负数
• 移码：用来表示浮点数的阶码。加上一个偏置常数

 

 由真值求补码：正数符号位取0，数值位不变；负数符号位取1，数值位取反加1

由补码求真值：符号位为0是正数，数值位不变；符号位是1是负数，数值位取反加1

最小负数取负会溢出

3．例题2.21 （P43,P44）

  4．机器数分为：定点数与浮点数。 IEEE754单精度浮点数格式，能够给一真实值能求出IEEE格式的浮点数，相反也要会。浮点数尾数如何规格化？尾数如果采用原码(采用补码呢？)，规格化尾数必定是±0.1****格式。（P46的表2.2要看明白理解）

 

 

 

 

 

5．P57的大端方式和小端方式，学会按字节编址的存储空间里如何存储数据，图2.6。

6．P63的位扩展及位截断，学会P63的举例。

   习题：第9、10、21、22、23、28、29、34题

第三章程序的转换及机器级表示

1．P87计算机的指令有微指令、机器指令和伪（宏）指令之分。

微指令属于硬件范畴，微程序命令；伪指令是若干机器指令组织的指令序列，属于软件范畴；

机器指令介于二者之间，处于硬件和软件的交界面。一般指令是指机器指令，汇编指令是机器指令的汇编语言表示形式。机器指令与汇编指令一一对应，都与具体机器结构有关，都属于机器级指令。

2．熟悉P99的图3.4的IA-32各类寻址方式。

立即数、寄存器、位移、基址、基址加位移、比例变址加位移、基址加变址加位移、基址加比例变址加位移、相对寻址

3．熟悉常见的IA-32汇编指令 (P103-P114)，同时熟悉x86-64指令的指令后缀q及过程调用参数传递的6个通用寄存器。

例如（不限于以下举例指令）：movs movz(具体应用见P105的表3.4), pushl popl, LEA。表3.5(P107)的各类算术运算指令对标志位的影响（例如addw）。比较指令cmp与根据大小进行转移指令的搭配，逻辑运算指令，移位指令（例如SAL, SAR熟练使用）。LEA指令的使用（与mov的区别，LEA有时被用来做加法）。P111的表3.6条件转移指令。

调用者保存寄存器：EAX、ECX、EDX

被调用者保存寄存器:EBX、ESI、EDI

4．P调用Q，此过程中的操作和顺序，及ESP，EBP的变化。

• P将入口参数放到Q能访问到的地方
• P将返回地址存在特定的地方，将控制转移到Q
• Q保存P的现场，并为自己的非静态局部变量分配空间
• 执行Q的过程体（函数体）
• Q恢复P的现场，并释放局部变量所占空间
• Q取出返回地址，将控制转移到P

5．选择语句、循环结构等机器级表示，复杂数据类型的分配和访问，

根据汇编语句能补充C程序语句，根据C程序能看懂汇编语句。相关例题及习题。

习题：第3、4、5、10、11、13、14、17、18、19、20、21、22、23题