计算机组成系统学研究的内容主要包括以下几个方面:
计算机的工作原理
计算机在执行程序时,首先从存储器中取出指令并加以执行。执行过程中,控制器负责协调运算器、内存、输入和输出设备等各个部件,完成相应的任务。
计算机的系统组成
计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
硬件系统:由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个基本部分组成。运算器也称为算术逻辑单元(ALU),主要负责完成算术运算和逻辑运算;控制器由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成;存储器包括内存储器(如RAM)和外存储器(如硬盘);输入设备如鼠标、键盘等,用于向计算机输入数据和指令;输出设备如显示器、打印机等,用于将计算机处理的结果展示给用户。
软件系统:由系统软件、支撑软件和应用软件三部分组成。系统软件由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成,主要功能包括启动计算机、存储和加载应用程序、对文件进行排序和检索、将程序语言翻译成机器语言等。
计算机硬件的逻辑实现
计算机组成原理还涉及计算机硬件系统的逻辑实现,即用数字电路的知识、数字逻辑的知识、门电路、触发器等数字电子的元器件来实现计算机的硬件系统。这包括处理器、Memory、I/O、Database & Control等内容。
计算机系统的层次结构
计算机系统通常被分为几个层次,从最底层的硬件到最顶层的应用程序。这些层次包括硬件层(包括CPU、内存、输入输出设备等)、操作系统层(管理硬件资源,提供应用程序运行的环境)和应用程序层(用户直接使用的软件)。
指令集架构(ISA)
ISA定义了CPU可以执行的指令集合,以及这些指令如何被执行。
计算机的工作过程
包括如何取指令、分析指令、取操作数、运算、送结果等,这些都属于计算机组成问题。
计算机组成设计
涉及计算机硬件结构的设计、分析和开发能力,包括数字逻辑、计算机组成设计、指令系统、CPU设计和存储器系统等。
综上所述,计算机组成系统学主要研究计算机系统的硬件和软件部分及其协同工作方式,涵盖了从计算机的基本工作原理到硬件的逻辑实现,再到系统层次结构和指令集架构等方面的内容。这门课程对于培养学生的计算机硬件设计、分析和开发能力具有重要意义,是计算机科学与技术专业的一门重要基础课程。