计算机组成原理第2版1的讲义主要围绕计算机系统的设计和运作展开,强调了软硬件交互以及程序翻译的重要性。首先,课程从介绍计算机系统的概念开始,区分了计算机的硬件和软件两个核心组成部分。硬件包括主机和外设等实体设备,它们是计算机的物理部分,负责执行机器指令和处理实际任务。而软件则由具有特定功能的信息,即程序,构成,这些程序是用高级语言如汇编语言或高级编程语言编写,然后通过编译程序转换成机器语言,以便计算机硬件理解和执行。
1.1 软件与硬件的关系
课程探讨了软件与硬件之间的界限,例如,软件是通过编译程序将源代码转化为汇编语言,再进一步转换为机器语言,形成可被硬件执行的指令集。在这个过程中,虚拟机器的概念也被引入,如M4、M3、M2和M0,这些是抽象层次上的计算机模型,有助于理解硬件与不同抽象级别的执行环境。
- 虚拟机器M4:这是最抽象的级别,用于概念化的表示计算机行为,帮助学习者理解高级语言和底层执行逻辑之间的映射。
- 实际机器M1:这是硬件层面的机器,执行的是机器语言。
- 微程序机器M0:最底层的执行单元,由硬件直接执行的微指令。
2. 指令系统与CPU
课程深入讲解了指令系统,它是计算机硬件与软件交互的关键,决定了计算机如何执行任务。章节中还讨论了CPU(中央处理器)的结构和功能,如其包含的运算器、控制器等子部件,以及它们在执行指令中的作用。
3. 控制单元
控制单元是计算机的核心组件,负责解析指令、管理数据流动以及控制整个计算机系统的运行。课程专门讲解了控制单元的功能和设计,这在理解计算机内部操作机制中至关重要。
4. 存储器和系统总线
系统总线是硬件之间通信的桥梁,而存储器则是数据的长期保存和临时存储区域。课程会介绍不同类型的存储器(如RAM、ROM等)及其在系统中的作用。
5. 输入输出系统
课程还会涉及输入输出系统,阐述如何实现人机交互,以及外部设备如何与计算机进行数据交换。
6. 计算机的发展与应用
最后一部分探讨了计算机技术的发展历程和广泛应用,帮助学生了解技术演进对计算机组成原理的影响。
计算机组成原理第2版1的内容涵盖了从计算机系统的基础概念到高级设计原理,通过理论和实例相结合的方式,使学生能够全面理解计算机硬件和软件如何协同工作,以及它们在现代信息技术中的角色。