计算机组成原理是研究计算机系统的基础学科,它关注的是计算机硬件的结构、工作原理以及硬件与软件之间的相互作用。作为全国硕士研究生计算机学科专业基础综合考试(408科目)的重要组成部分,计算机组成原理这一课程内容占据了总分的30%,即45分,对考生的基础能力提出了较高的要求。
计算机组成原理课程的目标主要包括三个方面:
考生需要掌握单处理器计算机系统中各个主要部件的工作原理、组成结构及其相互之间的连接方式。这包括了对中央处理器(CPU)、存储器、输入输出系统等核心部件的理解,以及它们是如何协同工作的。
考生需要掌握指令集体系结构(ISA)的基础知识和基本实现方法。ISA是计算机硬件与软件之间的接口,是编程人员编写程序时可以利用的机器语言的集合。理解ISA对于分析计算机硬件相关问题、设计相关部件至关重要。
计算机组成原理强调的是计算机系统的整机概念,要求考生能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法,分析高级编程语言(如C语言)程序中的相关问题,具备软硬件协同分析和设计的能力。
计算机组成原理这一课程还涉及计算机系统的层次结构,即计算机系统的基本组成、硬件的基本结构、软件与硬件的关系以及计算机系统的工作原理。特别是“存储程序”工作方式的理解,它是现代计算机设计的基础,由冯·诺依曼提出,其核心思想是将指令和数据同样存储在内存中,并按程序顺序执行。
计算机性能指标也是考察的重点之一,包括了吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI(每指令周期数)、CPU执行时间以及各种浮点运算速率(MIPS、MFLOPS等)的含义和计算方式。
此外,计算机系统的发展历程,从早期的电子管计算机到现代的超大规模集成电路计算机,也是考生需要掌握的内容。这些知识能够帮助考生更好地理解计算机技术的进步对整个行业发展的重要影响。
计算机系统通常被划分为硬件和软件两大部分。硬件指的是计算机的实体组成部分,包括CPU、内存、输入输出设备等物理设备。而软件则是指运行在硬件上的一系列程序和数据,它包括系统软件和应用软件两大类。系统软件用于管理计算机系统资源,包括操作系统、编译器、链接器等;应用软件则是直接面对用户的应用程序,如办公软件、游戏、数据库管理系统等。
在计算机系统的发展过程中,硬件技术的进步尤其显著,其中包括了摩尔定律的提出,该定律预测了集成电路上可容纳的元器件数量大约每两年就会翻一番,性能则随之提升。而随着集成电路技术的发展,计算机的体积不断缩小,速度和功能则不断增强。
计算机组成原理是一门系统性极强的课程,它不仅要求学生掌握计算机硬件的工作原理,还要了解软件与硬件之间的关系,以及它们如何共同支撑起计算机系统这个复杂而精密的机器。掌握这些基础知识,对于计算机专业的学生来说是不可或缺的,无论是在学习过程中,还是将来从事计算机相关领域的工作中,都具有重要的意义。