2017年計算機組成原理聯考複習指導（簡體書）

《2017年計算機組成原理聯考複習指導》嚴格按照最新電腦統考大綱的計算機組成原理部分，對大綱所涉及的知識點進行集中梳理，力求內容精煉、重點突出、深入淺出。本書精選名校歷年考研真題，並給出詳細的解題思路，力求達到講練結合、靈活掌握、舉一反三的功效。通過本書“書本＋線上”的學習方式和網上答疑方式，讀者在使用本書時遇到的任何疑難點，都可以在王道論壇發帖與道友互動。最近7年的統考試題命題方式越來越靈活、難度越來越大，而王道考研系列輔導書已幾乎是電腦高分選手的標配，希望能給讀者的考研複習帶來最有力的幫助！

前 言
2011年，由王道論壇（www.cskaoyan.com）組織名校狀元級選手，編寫了4本單科輔導書。單科書是基於王道之前作品的二代作品，不論是編排方式，還是內容品質都較前一版本的王道書有了較大的提升。這套書也參考了同類優秀的教材和輔導書，更是結合了高分選手們自己的複習經驗。無論是對考點的講解，還是對習題的選擇和解析，都結合了他們對專業課複習的獨特見解。2016年，我們繼續推出“王道考研系列”單科書，一共4本：
? 《2017年資料結構聯考複習指導》
? 《2017年計算機組成原理聯考複習指導》
? 《2017年作業系統聯考複習指導》
? 《2017年電腦網路聯考複習指導》
每一版，我們不僅會修正之前發現的全部錯誤，還會對考點講解做出盡可能的優化，也重新審視論壇的交流帖，針對大家提出的疑問和建議對本書做出針對性的優化；此外還重新篩選了部分習題，尤其是對習題的解析做出了更好的改進。
統考7年，難度越來越大、考題越來越靈活，考取高分的難度很大，不少考生遇到這樣的試卷有束手無策的感覺，這其實是基礎不扎實的表現。當然，深入掌握專業課內容沒有捷徑，考生也不應懷有任何僥倖心理，扎扎實實打好基礎、踏踏實實做題鞏固，最後靈活致用才是高分的保障。我們只希望這套書能夠指導大家複習考研，但學習還是得靠自己，高分不是建立在任何空中樓閣之上的。對於一個想繼續在電腦專業領域深造的考生來說，認真學習和扎實掌握這4門電腦專業中最基礎的專業課，是最基本的前提。
“王道考研系列”是電腦考生口碑相傳的輔導書，自出版以來在同類書中的銷量始終遙遙領先。有這麼多的成功學長，我相信只要考生合理地利用好本書、並採用合理的複習方法，一定會收穫屬於自己的那份回報。
“王道考研系列”的特色是“書本+線上”，你在複習中遇到的任何困難，都可以在王道論壇上發帖，熱心道友以及輔導員都會積極參與並與你交流。你的參與就是對我們最大的鼓舞，任何一個建議，我們都會認真考慮，也會針對大家的意見對本書進行修訂。
“不打廣告、不發證書、不包就業，專注于培養有夢想、有能力的高級碼農”王道程式師訓練營是王道團隊舉辦的線下程式師魔鬼式集訓。打下扎實的程式設計和演算法基本功，培養程式師式的學習能力和學習方法，期待有夢想有追求的你加入！
予人玫瑰，手有餘香，王道論壇伴你一路同行！

風華漫舞
致 讀 者
——王道單科使用方法的道友建議

我是二戰考生，2012年第一次考研成績333分（專業代碼408，成績81分），痛定思痛後決心再戰。潛心複習了半年後終於以392分（專業代碼408，成績124分）考入上海交通大學電腦系，這半年裡我的專業課成績提高了43分，成了提分主力。從不達線到比較滿意的成績；從悶頭亂撞到有了自己明確的複習思路，我想這也是為什麼風華哥從諸多高分選手中選我給大家介紹經驗的一個原因吧。
整個專業課的複習是圍繞王道材料展開的，從一遍、兩遍、三遍看單科書的積累提升，到做8套模擬題時的強化鞏固，再到看思路分析時的醍醐灌頂。王道書能兩次押中原題固然有運氣成分，但這也從側面說明他們的編寫思路和選題方向與真題很接近。
下面說說我的具體複習過程：
每天劃給專業課的時間是3～4小時。第一遍細看課本，看完一章做一章單科書（紅筆標注錯題），這一遍共持續2個月。第二遍主攻單科書（紅筆標注重難點），輔看課本。第二遍看單科書和課本的速度快了很多，但感覺收穫更多，常有溫故知新的感覺，理解更深刻（風華注，建議這裡再速看第三遍，特別針對錯題和重難點。模擬題完後再跳看第四遍）。
以上是打基礎階段，注意單科書和課本我仔細精讀了兩遍，弄懂每個知識點和習題。大概11月上旬開始做模擬題和思路分析，期間遇到不熟悉的地方不斷回頭查閱單科書和課本。8套模擬題的考點覆蓋得很全面，所以大家做題時如果忘記了某個知識點，千萬不要慌張，趕緊回去看這個知識盲點，最後的模擬就是查漏補缺。模擬題一定要嚴格按考試時間去做（14:00～17:00），注意應試技巧，做完試題後再回頭研究錯題。演算法題的最優解法不太好想，如果實在沒思路，建議直接“暴力”解決，結果正確也能有10分，總比苦拼出15分來而將後面比較好拿分的題耽誤了好（這是我第一年的切身教訓！）。最後剩了幾天看標注的錯題，第三遍跳看單科書，考前一夜流覽完網路，踏實地睡著了……
考完專業課，走出考場終於長舒一口氣，考試情況也胸中有數。回想這半年的複習，耐住了寂寞和誘惑，雨雪風霜從未間斷跑去自習，考研這人生一站終歸沒有辜負我的用心良苦。佛教徒說世間萬物生來平等，都要落入春華秋實的代謝中去，辯證唯物主義認為事物作為過程存在，凡是存在的終歸要結束，你不去為活得多姿多彩拼搏，真到了和青春說再見時你是否會可惜虛枉了青春？風華哥說過我們都是有夢的“屌絲”，我們正在逆襲，你呢？
感謝風華大哥的信任，給我這個機會分享專業課複習經驗給大家，作為一個鐵杆道友在王道受益匪淺，也借此機會回報王道論壇。祝大家金榜題名！

ccg1990@SJTU

王道程式師訓練營
經常有人問我們：“為什麼不做考研培訓？這個市場很大”？
這裡，算作一個簡短的回答吧。王道尊重的不是考研這個行當，而是考研學生的精神，他們的夢想，僅此而已。考研可能是部分CS學生實現夢想的階段，但考研學習的內容，對CSer的職業生涯畢竟沒有太多的幫助和意義。對於電腦專業的學生，程式設計基本功和學習能力才是受用終生的資本，決定了未來在技術道路上能走多遠。
而王道團隊也只會專注於電腦這個領域，往其縱深發展，從名校考研、到程式設計集訓、再到求職推薦。從2008年初創辦至今，王道創始團隊，經歷了從本科到考研成功，從碩士到社會歷練，積累了不少經驗和社會資源，但也走過不少彎路。
電腦是一個靠能力吃飯的專業。和很多現在的你們一樣，當年的我們也經歷過本科時的迷茫，而無非是自覺能力太弱，以致底氣不足。學歷只是敲門磚，同樣是名校碩士，有人走上正確的方向，如魚得水，成為Offer帝；有人卻始終難入“程式設計與演算法之門”，始終與好Offer無緣，再一次體會就業之痛，最後只能“將就”簽約。即便是名校碩士，Offer也有8萬元人民幣、15萬元人民幣、20萬元人民幣、25萬元人民幣……三六九等。考研高分≠Offer高薪，我們更欣賞技術上的牛人。
考研結束後的日子，或許是一段難得的提升程式設計能力的連續完整時光，趁著還有時間，也該去彌補本科期間應掌握的能力，也是追趕與那些大牛們的差距的時候了。
你將從王道集訓營獲得
程式設計能力的迅速提升，結合項目實戰，逐步打下堅實的程式設計基礎，培養積極、主動的學習能力。動手程式設計為驅動的教學模式，解決你在程式設計、演算法思維上的不足。也是為未來的深入學習提供方向指導，掌握程式設計的學習方法，引導進入“程式設計與演算法之門”。
道友們在集訓營裡從菜鳥逐步成長，訓練營中目前已有不少研究生道友陸續拿到百度、騰訊、阿裡、搜狗等一線互聯網公司的Offer。這就是競爭力！
正如八期道友孟亮所言：“來了你就發現，這裡無關程式師以外的任何東西，這是一個過程，一個對自己認真，對自己負責的過程”。
……
王道集訓營的優勢
這裡都是王道道友，他們信任王道，樂於分享與交流，純粹。
因為都是忠實的王道道友，都曾經歷過考研……集訓營的住宿、生活都在一起，其樂融融，很快大家也將成為互幫互助的好朋友！相互學習對方的優點。
本科+碩士的生源。考研絕非人生唯一的出路，給自己換一條路走，去職場上好好發展或許會更好。考上研究生也並不意味著高枕無憂，人生的道路還很漫長。
王道團隊皆具有扎實的程式設計基本功，他們用自己的態度、思維去影響集訓營的道友，盡可能引導他們走上正確的發展方向……是對道友信任的回報，也是一種責任！
王道集訓營只是一個平臺，網羅王道論壇上有夢想、有態度的CS屌絲。並為他們的夢想提供土壤和圈子。始終相信那句“物競天擇 適者生存”，這裡的生存並不是簡簡單單的活下來，而是活得有價值、活得有態度！
王道集訓營的參與條件
1．面向就業
面臨就業，但程式設計能力偏弱的電腦相關專業學生。
大學醬油模式渡過，投簡歷如石沉大海，好不容易有次面試機會，又由於基礎薄弱、程式設計太少，以至於面試時有口無言，面試結果可想而知。開始償債吧，再不抓住當下，未來或將持續迷茫，逝去了的青春是無法複返的，這個世界上後悔藥是確定沒有的。
眼光和視野放長遠一點吧，在這個充分競爭的技術領域，當前的能力決定了你能找一份怎樣的工作，踏實的態度和學習的能力決定了你未來能走多遠。
王道集訓營（C/C++或安卓方向）的費用通常只有市面培訓機構的一半左右，且費用四年未漲（業界良心），極大降低了參加道友的學習成本。
2．面向碩士
提升能力，剛考上電腦相關專業的准研究生或在讀研究生。
名校研究生已沒有什麼可以值得驕傲的資本，我們身邊所看到的都是名校碩士。同為名校，為什麼有人能輕鬆拿到百度、騰訊、阿裡、微軟等Offer，年薪15～30萬元人民幣，發展前景甚好；有人卻只能拿6～10萬元人民幣年薪的Offer，在房價/物價高飛的年代，這點收入也只能月光吧。家中父母可能因有名校碩士的孩子而驕傲，可不知孩子其實在外面過得很辛苦。
來王道集訓營的一些要求
● 王道是開放式網路（同類機構沒有誰會開放網路的），有利有弊，我們是希望培養會積極主動學習的人，著重培養他們獨立解決問題的能力，需擅于利用網路。
● 保持內在的激情和踏實態度，不需要“打雞血”。第一次打雞血能堅持1個月、第二次能堅持半個月、第三次只能堅持一周，但試想讀研或工作後誰會給你“打雞血”。
● 不要總是期待老師灌輸得更多，應逐步擺脫對老師的依賴，培養積極主動的鑽研能力、獨立解決問題的能力，到後期更應主動去鑽研、主動去解決問題。
● 隨遇而安，不輕浮，保持虛心和踏實的態度，多獨立思考，也要多交流。
● 堅持做筆記，多向身邊優秀的道友學習，少說多做，沉浸在代碼的世界中。
最後，我們並不太看重眼前的基礎。始終相信：眼前哪

目 錄
第1章 電腦系統概述 1
1.1 電腦發展歷程 1
1.1.1 電腦硬體的發展 1
1.1.2 電腦軟體的發展 2
1.1.3 電腦的分類與發展方向 2
1.1.4 本節習題精選 3
1.1.5 答案與解析 3
1.2 電腦系統層次結構 4
1.2.1 電腦系統的組成 4
1.2.2 電腦硬體的基本組成 4
1.2.3 電腦軟體的分類 7
1.2.4 電腦的工作過程 7
1.2.5 電腦系統的多級層次結構 8
1.2.6 本節習題精選 8
1.2.7 答案與解析 10
1.3 電腦的性能指標 12
1.3.1 電腦的主要性能指標 12
1.3.2 幾個專業術語的概念 14
1.3.3 本節習題精選 14
1.3.4 答案與解析 17
1.4 本章小節 19
1.5 常見問題和易混淆知識點 21
第2章 資料的表示和運算 23
2.1 數制與編碼 24
2.1.1 進位元數目制及其相互轉換 24
2.1.2 真值和機器數 26
2.1.3 BCD碼 26
2.1.4 字元與字串 26
2.1.5 校驗碼 27
2.1.6 本節習題精選 30
2.1.7 答案與解析 32
2.2 定點數的表示與運算 35
2.2.1 定點數的表示 35
2.2.2 定點數的運算 38
2.2.3 強制類型轉換 45
2.2.4 本節習題精選 47
2.2.5 答案與解析 52
2.3 浮點數的表示與運算 59
2.3.1 浮點數的表示 59
2.3.2 浮點數的加減運算 62
2.3.3 本節習題精選 64
2.3.4 答案與解析 68
2.4 算數邏輯單位ALU 75
2.4.1 串列加法器和並行加法器 75
2.4.2 算數邏輯單位的功能和結構 79
2.4.3 本節習題精選 80
2.4.4 答案與解析 81
2.5 本章小結 82
2.6 常見問題和易混淆知識點 83
第3章 存儲系統 86
3.1 記憶體的層次結構 87
3.1.1 記憶體的分類 87
3.1.2 記憶體的性能指標 88
3.1.3 本節習題精選 88
3.1.4 答案與解析 89
3.2 記憶體的層次化結構 90
3.2.1 多級存儲系統 90
3.2.2 本節習題精選 91
3.2.3 答案與解析 91
3.3 半導體隨機記憶體 92
3.3.1 半導體存儲晶片 92
3.3.2 SRAM記憶體和DRAM記憶體 93
3.3.3 唯讀記憶體 95
3.3.4 本節習題精選 96
3.3.5 答案與解析 98
3.4 主記憶體與CPU的連接 101
3.4.1 連接原理 101
3.4.2 主存容量的擴展 101
3.4.3 存儲晶片的位址分配和片選 103
3.4.4 記憶體與CPU的連接 104
3.4.5 本節習題精選 104
3.4.6 答案與解析 107
3.5 雙口RAM和多模組記憶體 112
3.5.1 雙埠RAM 112
3.5.2 多模組記憶體 112
3.5.3 本節習題精選 114
3.5.4 答案與解析 116
3.6 高速緩衝記憶體 118
3.6.1 程式訪問的局部性原理 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中主存塊的替換演算法 122
3.6.5 Cache寫策略 122
3.6.6 本節習題精選 123
3.6.7 答案與解析 126
3.7 虛擬記憶體 132
3.7.1 虛擬記憶體的基本概念 132
3.7.2 頁式虛擬記憶體 133
3.7.3 段式虛擬記憶體 134
3.7.4 段頁式虛擬記憶體 134
3.7.5 快表TLB 135
3.7.6 虛擬記憶體與Cache的比較 135
3.7.7 本節習題精選 135
3.7.8 答案與解析 139
3.8 本章小結 143
3.9 常見問題和易混淆知識點 144
第4章 指令系統 146
4.1 指令格式 146
4.1.1 指令的基本格式 146
4.1.2 定長操作碼指令格式 148
4.1.3 擴展操作碼指令格式 148
4.1.4 本節習題精選 149
4.1.5 答案與解析 151
4.2 指令定址方式 154
4.2.1 指令定址和資料定址 154
4.2.2 常見的資料定址方式 154
4.2.3 本節習題精選 158
4.2.4 答案與解析 164
4.3 CISC和RISC的基本概念 170
4.3.1 複雜指令系統電腦CISC 170
4.3.2 精簡指令系統電腦RISC 170
4.3.3 CISC和RISC的比較 171
4.3.4 本節習題精選 172
4.3.5 答案與解析 172
4.4 本章小結 173
4.5 常見問題和易混淆知識點 174
第5章 中央處理器 176
5.1 CPU的功能和基本結構 176
5.1.1 CPU的功能 176
5.1.2 CPU的基本結構 177
5.1.3 本節習題精選 178
5.1.4 答案與解析 180
5.2 指令執行過程 182
5.2.1 運算速度 182
5.2.2 運算速度的資料流程 183
5.2.3 指令執行方案 185
5.2.4 本節習題精選 185
5.2.5 答案與解析 187
5.3 資料通路的功能和基本結構 189
5.3.1 資料通路的功能 189
5.3.2 資料通路的基本結構 189
5.3.3 本節習題精選 191
5.3.4 答案與解析 196
5.4 控制器的功能和工作原理 202
5.4.1 控制器的結構和功能 202
5.4.2 硬佈線控制器 202
5.4.3 微程式控制器 206
5.4.4 本節習題精選 212
5.4.5 答案與解析 215
5.5 指令流水線 218
5.5.1 指令流水線的基本概念 218
5.5.2 流水線的分類 220
5.5.3 影響流水線的因素 221
5.5.4 流水線的性能指標 222
5.5.5 超標量流水線的基本概念 223
5.5.6 本節習題精選 224
5.5.7 答案與解析 228
5.7 常見問題和易混淆知識點 236
第6章 匯流排 237
6.1 匯流排概述 237
6.1.1 匯流排基本概念 237
6.1.2 匯流排的分類 238
6.1.3 系統匯流排的結構 238
6.1.4 匯流排的性能指標 240
6.1.5 本節習題精選 240
6.1.6 答案與解析 243
6.2 匯流排仲裁 245
6.2.1 集中仲裁方式 245
6.2.2 分佈仲裁方式 247
6.2.3 本節習題精選 247
6.2.4 答案與解析 248
6.3 匯流排操作和定時 249
6.3.1 匯流排傳輸的4個階段 249
6.3.2 同步定時方式 249
6.3.3 非同步定時方式 249
6.3.4 本節習題精選 250
6.3.5 答案與解析 251
6.4 匯流排標準 252
6.4.1 常見的匯流排標準 252
6.4.2 本節習題精選 253
6.4.3 答案與解析 254
6.5 本章小結 254
6.6 常見問題和易混淆知識點 255
第7章 輸入/輸出系統 256
7.1 I/O系統基本概念 256
7.1.1 輸入/輸出系統 256
7.1.2 I/O控制方式 257
7.1.3 本節習題精選 257
7.1.4 答案與解析 258
7.2 外部設備 258
7.2.1 輸入裝置 258
7.2.2 輸出設備 258
7.2.3 外記憶體 260
7.2.4 本節習題精選 262
7.2.5 答案與解析 264
7.3 I/O介面 266
7.3.1 I/O介面的功能 266
7.3.2 I/O介面的基本結構 266
7.3.3 I/O介面的類型 267
7.3.4 I/O埠及其編址 267
7.3.5 本節習題精選 267
7.3.6 答案與解析 268
7.4 I/O方式 269
7.4.1 程式查詢方式 270
7.4.2 程式中斷方式 270
7.4.3 DMA方式 275
7.4.4 本節習題精選 278
7.4.5 答案與解析 283
7.5 本章小結 290
7.6 常見問題和易混淆知識點 291
參考文獻 278