华中科技大学计算机系统结构课件

计算机系统结构是计算机科学中的核心课程，主要探讨计算机硬件如何为软件提供服务并实现高效的运行。华中科技大学的这门课旨在深入理解计算机系统的基本原理和设计思想，以提升计算机性能。课程由华中科技大学计算机学院的林安主讲，采用的教材是郑纬民等人编著的《计算机系统结构》第二版，辅以《计算机系统结构复习与考试指导》作为参考。 课程大纲覆盖了多个关键章节，包括基础概念、数据表示、寻址方式、指令系统、存储系统、中断机构、机器工作状态、输入/输出子系统以及信息保护机制等。这些内容构成了计算机系统结构的基础知识框架，使得学生能够全面了解计算机硬件的运作机制。 计算机系统结构，又称为“计算机体系结构”，其英文术语"Computer Architecture"源自建筑学，强调设计和技术的结合。在课程中，它被分为定性和定量两个知识领域。定性知识涉及计算机的基本概念和分析方法，如计算机系统结构的概念，它不仅是研究和提高计算机性能的关键技术，而且对于低级语言程序员来说，理解计算机的外部特性至关重要。计算机系统结构的狭义定义包含了数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统、中断机构、工作状态、I/O子系统和信息保护等多个方面，这些都是硬件层面的核心元素。 计算机系统通常被模型化为多级层次，从最底层的微指令语言机器到最高层的特定应用语言机器，每一层都为上一层提供服务，并通过翻译和解释来实现不同层次之间的通信。这种模型有助于理解计算机系统的工作原理，以及如何从底层硬件到高级编程语言实现抽象。 此外，课程中还提到了计算机组成和实现的区别，前者关注逻辑实现，后者关注物理实现。设计计算机系统有三种主要方法：“由下往上”是从底层硬件开始构建，逐渐向上抽象；“由上往下”是从高级需求出发，逐步细化到硬件细节；“由中间开始”则是试图找到一个平衡点，兼顾上层需求和底层实现。 系列机是指同一型号的一系列计算机，它们在设计和功能上具有一定的连续性和一致性，可能是在原有基础上进行优化和升级的产品。 华中科技大学的这门计算机系统结构课程深入讲解了计算机硬件设计和运作的基础知识，为学生提供了理解和改进计算机系统性能的理论基础。通过学习，学生不仅能够掌握计算机系统的基本原理，还能培养分析和解决问题的能力，为未来在计算机领域的进一步研究或实践打下坚实基础。