计算机系统基础知识 考试核心考点

覆盖选择、判断、简答、计算题，直接用于考前复习。

一、计算机系统组成

1. 冯・诺依曼体系（必考）

• 五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
• 核心思想：二进制存储 + 存储程序控制

2. 计算机系统层次

• 硬件系统
• 系统软件（OS、编译器、数据库、驱动）
• 支撑软件（开发工具、测试工具）
• 应用软件

3. 计算机分类

• 巨型机、大型机、小型机、微型机、单片机、嵌入式系统
• SISD、SIMD、MISD、MIMD（Flynn 分类）

二、中央处理器 CPU（核心）

1. CPU 组成

• 运算器 ALU
  
  ：算术运算、逻辑运算
• 控制器 CU
  
  ：取指、译码、执行、时序控制
• 寄存器组、Cache、总线接口

2. 常用寄存器

• PC 程序计数器：存下一条指令地址
• IR 指令寄存器：存当前指令
• ACC 累加器
• PSW 程序状态字（标志位：零、负、进位、溢出）

3. 指令执行流程

取指 → 译码 → 取数 → 执行 → 回写

4. 指令系统

• CISC：复杂指令集（x86）
• RISC：精简指令集（ARM、MIPS、RISC-V）
• 指令格式：操作码 + 地址码
• 寻址方式：立即、直接、间接、寄存器、相对、变址

5. 流水线技术

• 指令流水线：取指、译码、执行、访存、写回
• 吞吐率、加速比、效率
• 冲突：结构冲突、数据冲突、控制冲突

三、存储系统（必考）

1. 层次结构（速度从快到慢）

寄存器 → Cache → 主存（RAM）→ 辅存（硬盘 / Flash）

2. 主存储器

• RAM：随机存取，掉电丢失
• SRAM：高速，Cache 用
• DRAM：SDRAM、DDR、LPDDR
• ROM：只读，掉电不丢失
• MASK ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash

3. 高速缓存 Cache

• 作用：解决 CPU 与内存速度不匹配
• 原理：局部性原理（时间局部性、空间局部性）
• 映射方式：直接映射、全相联、组相联
• 写策略：写直达、写回

4. 辅助存储器

• 机械硬盘 HDD、固态硬盘 SSD
• 磁盘结构：磁道、柱面、扇区
• 存储容量计算、平均存取时间

5. 虚拟存储器

• 逻辑地址 → 物理地址
• 分页、分段、段页式
• 缺页中断、页面置换算法

四、总线与 I/O 系统

1. 总线分类

• 片内总线、系统总线、外部总线
• 系统总线：
• 数据总线 DB
• 地址总线 AB
• 控制总线 CB

2. I/O 控制方式

• 程序查询（轮询）
• 程序中断
• DMA 直接存储器存取
• 通道控制方式

3. 中断系统

• 中断请求 → 响应 → 保存现场 → 执行 ISR → 恢复现场
• 中断优先级、中断屏蔽、中断嵌套

4. 常见接口

• 串行：RS-232、RS-485、USB
• 并行：PCI、PCIe
• 视频：HDMI、VGA、DP

五、并行处理与多处理器系统

1. Flynn 分类

• SISD：单指令单数据
• SIMD：单指令多数据（多媒体、GPU）
• MISD：多指令单数据（极少）
• MIMD：多指令多数据（多核、服务器）

2. 多核与多处理器

• SMP 对称多处理
• NUMA 非一致内存访问
• 并行、并发、分布式

3. 提速技术

• 流水线、超标量、超线程、多核

六、操作系统基础（精简版）

1. OS 功能

进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、作业管理

2. 进程与线程

• 进程：资源分配单位
• 线程：调度执行单位
• 状态：就绪、运行、阻塞
• 调度算法：先来先服务、短作业优先、时间片轮转、优先级调度

3. 同步互斥

• 临界区、信号量、PV 操作、死锁（四大条件）

4. 存储管理

分区、分页、分段、虚拟内存、页面置换（FIFO、LRU、OPT）

5. 文件系统

逻辑结构、物理结构、目录结构、存取控制

七、可靠性与性能评价

1. 可靠性指标

• 平均无故障时间 MTBF
• 平均故障修复时间 MTTR
• 平均失效前时间 MTTF
• 可用性 A = MTBF / (MTBF + MTTR)

2. 系统可靠性计算

• 串联系统：R = R1×R2×R3
• 并联系统：R = 1 - (1-R1)(1-R2)(1-R3)
• 模冗余、N 版本编程

3. 性能指标

• 主频、MIPS、CPI、FLOPS
• 吞吐率、响应时间、利用率

八、计算机安全与保护

• 运行保护：内核态 / 用户态
• 存储保护：界地址、存取控制
• 故障分类：硬件故障、软件缺陷、人为攻击
• 备份、容灾、加密基础

九、考试高频必背（考前直接背）

1. 冯・诺依曼五大部件
2. CPU 内部寄存器功能（PC、IR、PSW）
3. 存储层次：寄存器 → Cache → 内存 → 外存
4. Cache 局部性原理、三种映射方式
5. I/O 四种控制方式：轮询、中断、DMA、通道
6. 虚拟存储：分页、分段、段页式
7. 页面置换算法：FIFO、LRU
8. 串联 / 并联系统可靠性计算公式
9. MTBF、MTTR、可用性
10. Flynn 四种分类（SISD、SIMD、MISD、MIMD）