计算系统概述核心知识图谱（考研专项版）

计算机系统核心知识图谱（考研专项版）

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计算机分类：细化对比与考点映射

电子模拟 vs 数字计算机对比表（常考选择题）

特性	电子模拟计算机	电子数字计算机
信号类型	连续物理量（电压/温度）	离散数字信号（二进制）
精度	低（误差1%-0.1%）	极高（理论无限精度）
运算方式	并行模拟电路	串行/并行数字电路
存储能力	无独立存储器	分层存储体系
典型应用	仪表控制系统（如PID调节）	通用计算、数据处理

专用计算机新增考点

• DSP芯片特性：哈佛结构（指令与数据分开存储）、硬件乘法器、零开销循环
• SoC系统：ARM Cortex-M系列典型案例（如STM32集成ADC/DSP/ Timer）

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计算机发展阶段：关键技术突破补充

代际关键创新点

1958年肖克利获诺奖

1958年德州仪器首块IC

1971年Intel 4004

2000年多核革命

第一代 电子管

第二代 晶体管

第三代 中小规模IC

第四代 VLSI

第五代 异构计算

考点提示

1. 三代机重要转变：操作系统的诞生（如UNIX雏形）
2. 冯诺伊曼瓶颈突破：现代计算机采用哈佛混合架构（CPU内部高速缓存分流）

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存储器发展：新型技术补充

存储技术演进轴

磁芯 → DRAM（三管→单管） → SDRAM → DDR4 → HBM（3D堆叠）

新型存储器（可能出简答）

类型	特性	应用场景
PCRAM	相变原理，高密度	替代NAND Flash
MRAM	磁阻效应，写入速度快	工业级缓存
ReRAM	电阻变化，低功耗	物联网设备

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⚙ CPU架构演进：重点公式补充

性能公式（必背）

1. 程序执行时间 = 指令数 × CPI × 时钟周期
2. CPU时间 = (指令数 × CPI) / 主频
3. Amdahl定律：S = 1 / [ (1 - α) + α/k ]

超标量与流水线（简答题要点）

• 流水线冒险：数据/控制/结构冒险解决方案
• 超标量执行：Pentium的U/V流水线设计
• 分支预测：动态预测（两位饱和计数器）

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性能评价：真题题型强化

MIPS计算例题（经典题型）

【题目】某处理器主频2GHz，执行测试程序100万条指令，平均CPI=1.5，求：

1. 程序执行时间（秒）
2. MIPS值

【解】

1. T = (100万 × 1.5) / 2×10^9 = 0.00075秒
2. MIPS = (100万 / 0.00075) / 1e6 ≈ 1333.3

SPEC基准测试要点

• 测试集组成：12个整数程序+17个浮点程序（SPEC2017）
• 结果表示：Base值（禁止编译器优化）与Peak值

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层次结构：分层模型模拟题

计算机抽象层历年真题

1. 操作系统的三个基本抽象：

   • 进程（虚拟CPU）
   • 地址空间（虚拟内存）
   • 文件（虚拟磁盘）

2. 微程序控制层：

   • 位于硬件层与操作系统层之间
   • 将机器指令转换为控制信号序列

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✏ 考研重点标注（近5年高频考点）

1. 摩尔定律的未来：More than Moore路线（三维集成/存算一体）
2. RISC vs CISC：ARM与x86架构对比（寄存器数量/指令格式）
3. 存储墙问题：通过Cache分级与预取算法优化
4. 异构计算：CPU+GPU+FPGA的协同计算模式

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知识结构脑图（思维可视化）

计算机系统

硬件

软件

CPU

存储体系

总线架构

操作系统

编译系统

多核架构

流水线

Cache映射

虚拟内存

建议将此笔记与《计算机组成与设计：硬件/软件接口》教材配套使用，重点关注第1、4、5章的知识延伸部分。每次复习时可结合思维导图进行知识体系重构。