《计算机组成原理基础概念》一书详细介绍了计算机硬件系统的构成及其工作原理,包括数据表示、指令系统、存储结构和输入输出技术等基础知识。适合初学者入门学习。
《计算机组成原理基础知识》
计算机组成原理是理解计算机工作原理的关键学科。这门课程涉及计算机硬件构造及数据处理方式,通常参考白中英教授的教材进行学习。为了加深对相关概念的理解,许多学生会通过在线平台如哈工大的MOOC课程来辅助学习。
在介绍计算机系统概述时,主要涵盖以下几个方面:
1. ASCII标准用于表示文本字符,并形成文本段落件;其他所有类型的文件则被视为二进制文件。例如,GCC编译器读取源代码(比如hello.c),然后生成一个可执行的目标程序(如hello)。
2. 总线是计算机系统中的重要组成部分,它如同电子管道,在各硬件组件之间传输信息字节。
3. 输入输出设备连接了计算机与外部世界。例如磁盘,每个IO设备通过控制器与总线相连以实现数据交换功能。
4. 主存作为临时存储区域用于存放程序和数据;物理上由动态随机访问内存(DRAM)组成;逻辑上看是一个线性字节数组,其中的每一个字节都有唯一的地址标识符。
5. 中央处理器(CPU)包含算术逻辑单元(ALU)和程序计数器(PC),负责执行运算任务及指令处理工作。
6. 主板作为基础结构将所有硬件组件连接在一起形成完整系统。
计算机体系架构可划分为两大部分:一是程序员可以观察到的特性,即所谓的“计算机体系结构”;二是实现这些特性的具体硬件细节,称为“计算机组成”。冯·诺依曼模型强调了存储程序控制的概念——即将指令与数据预先放置于主存中以使机器能够自动、连续地执行任务。
在编程语言层面,有以下几种形式:机器码(二进制)、汇编代码(助记符)以及高级语言。其中,汇编器将汇编源转换为机器码;而编译器则负责把高级语言程序翻译成计算机可以理解的指令集。
衡量一台计算机性能的关键技术指标包括字长、数据通路宽度、主存容量和运算速度等参数。例如:
- 字长决定了计算精度,越高的位数意味着更高的数值精确度。
- 数据总线宽度影响信息传输速率;而内存大小则反映了存储能力的强弱;
- 运算速度涉及吞吐量、响应时间、频率(以赫兹为单位)以及时钟周期等多个方面。
其中主频指的是CPU数字脉冲信号震荡的速度,其倒数即为执行操作所需的最小时间单元——时钟周期。而CPI和IPC则是评价处理器效率的重要参数:前者表示每条指令所需的时间间隔;后者则衡量了每个时钟循环内可以完成的指令数量。
《计算机组成原理基础知识》介绍了硬件构造的基础知识、编程语言的不同层次及评估系统性能的关键指标,这些都是理解现代计算机工作模式并优化其效能所必需的基本概念。