计算机组成原理与体系结构是计算机科学中的核心课程,它涵盖了计算机硬件系统的基本构成和工作原理。这门课程主要关注以下几个方面的重要知识点:
1. **基本概念**:我们需要了解计算机的基本组成部分,包括中央处理器(CPU)、内存、输入/输出设备(I/O)以及存储系统。这些组件共同构成了计算机的硬件基础。
2. **数据表示**:在计算机中,数据以二进制形式存在。理解二进制、八进制、十进制和十六进制之间的转换,以及浮点数表示法(如IEEE 754标准)对理解计算机处理数值的方式至关重要。
3. **指令系统**:CPU执行的最基本单位是指令,指令集架构(ISA)定义了计算机可以执行的所有指令。了解不同类型的指令,如数据传送指令、算术逻辑指令、控制转移指令等,是理解计算机运行的基础。
4. **中央处理器(CPU)**:CPU是计算机的心脏,包括运算器、控制器和寄存器。运算器执行算术和逻辑运算,控制器负责协调整个系统的操作,寄存器则临时存储数据和指令。
5. **存储层次结构**:计算机使用多级存储体系来平衡性能和成本,包括高速缓存(Cache)、主存、硬盘和外部存储。理解存储层次的原理,如缓存的工作机制、替换策略和缓存命中率,对于优化程序性能有重要作用。
6. **寻址方式**:地址在计算机中用于定位数据,不同的寻址方式(如直接寻址、间接寻址、相对寻址等)影响指令的执行和内存访问。
7. **总线与接口**:计算机内部各个组件通过总线进行通信,包括数据总线、地址总线和控制总线。同时,接口是连接CPU与其他设备的关键,如串行和并行接口、USB接口等。
8. **输入/输出(I/O)系统**:I/O设备如键盘、鼠标、显示器和打印机的数据传输方式和中断机制是I/O管理的重点。了解中断处理、DMA(直接内存访问)等技术有助于理解I/O操作的实现。
9. **汇编语言**:虽然高级编程语言更易读写,但汇编语言直接对应机器指令,是理解计算机底层运作的关键。学习汇编语言可以帮助我们更好地理解程序的执行流程。
10. **计算机体系结构的优化**:现代计算机追求高性能和低能耗,涉及诸如超标量、超线程、分支预测、乱序执行等优化技术,这些都是提升计算机性能的关键。
东北大学的计算机组成原理与体系结构课件,将深入讲解以上这些内容,通过学习,学生可以掌握计算机硬件设计的基本原理,为后续的系统软件开发、硬件设计或嵌入式系统开发打下坚实的基础。对于“计组”这个标签,我们可以理解这是计算机专业学生常常讨论的领域,涵盖了大量的理论知识和实践经验。通过深入学习,不仅可以提高对计算机硬件的理解,还能培养分析和解决问题的能力。