简析计算机硬件知识体系的结构框架

简析计算机硬件知识体系的结构框架

1 　计算机硬件知识体系特点

1 .1 　复杂系统的整体性、层次性和动态性复杂系统的整体性强调其组成因素之间相互作用、相互影响紧密关系。计算机硬件知识体系中的各知识点连贯性强, 对一个知识点的透彻理解, 可有效地推动对其它知识点的掌握, 反之亦然。比如:“可编程阵列逻辑”的知识点, 是学习门阵列控制器和可编程接口芯片的基础。

复杂系统的层次性强调组成因素的模块性和有序性, 计算机硬件知识体系中的知识点也有此特性。如从计算机硬件设计来看, 可分为三个有序的层次模块, 即由概念结构到逻辑结构, 再到物理结构。复杂系统的动态性强调变化与发展, 计算机硬件知识体系中的知识点在不断的更新与充实。特别是近年来, 硬件技术的发展, 无论工程应用还是理论方法。

1 .2 　计算机硬件知识体系的特点

硬件知识一般难以掌握, 如存储系统这个知识点, 就涉及到存储访问局部性和相关替换算法的理论、存储系统的组织与实现方法与技术、存储器的结]构与特点、存储系统的应用等;计算机硬件知识的理论知识与实际要求之间相距较远, 比如CPU 芯片是一个有形的器件, 但却看不到内部的物理结构;CPU 芯片是计算机的核心器件, 但却看不到其具体表现形式;知识应用要经过长期严格的工程技术训练与实践。

1 .3 　具有目标与界限变化迅速的特点

八十年代中期前, 培养目标为逻辑器件的设计与底层使用硬件, 八十年代后期, 进化为组织结构的设计与逻辑器件的使用, 现在则以嵌入式系统的设计与软硬件相结合为基本目标。随之, 知识体系的重点也跟着界限培养目标的变化而变化。

2 　计算机硬件知识教学目标

计算机硬件知识方面的教学目标有三个层次:①掌握计算机软件与网络知识奠定基础;②掌握在底层硬件知识直接使用计算机;③掌握嵌入式系统的设计方法与技术。计算机硬件的研究内容分为分析与设计两个方面, 分析包括计算机工作原理和组成结构, 设计包括计算机硬件技术方法和应用编程。

3 　计算机硬件知识体系结构框架

计算机硬件知识体系可分为四个系列。

(1)工作原理知识系列是计算机硬件技术的依据, 它主要包括了“计算机组成原理”和“计算机系统结构”中的有关知识。比如:计算模型的概念、顺序程序驱动的意义、数据指令的表示、控制器的作用和设计基础等;

(2)组成结构知识系列是计算机硬件技术的核心, 它主要包括了“ 数字逻辑” 、“计算机组成原理”和“计算机系统结构” 中的有关知识, 比如:逻辑代数、逻辑电路和运算器等功能部件的设计及存储系统等;

(3)编程应用知识系列是计算机硬件技术的目标, 它主要包括了“汇编语言程序设计” 、“ 微型计算机原理及其接口技术”和“计算机系统结构”中的有关知识。比如:指令系统、MASM 汇编语言、接口芯片和微型机的结构等;

(4)技术方法知识系列是计算机硬件技术的思想, 它主要包括了“计算机组成原理” 、“ 微型计算机原理及其接口技术” 和“计算机系统结构” 中的相关知识。比如:指令的类型、计算机结构与组成, 以及实现的概念、流水线技术和互连网络技术等。

4 　计算机硬件知识体系的建构序列

计算机硬件知识体系中的每个系列, 建构的序列都可分为四个层次。

(1)工作原理知识系列应依据从理论到实现的思想来建构。计算模型是一个理论的概念, 通过对计算过程的表达(程序)与驱动、过程表达的形式(指令)与执行等的认识, 就容易理解如何控制机器中的器件来实现计算;

(2)组成结构知识系列应依据从部分到整体的思想来建构;逻辑元件是机器系统的最小组成单元,通过对逻辑器件、功能部件等的功能与组成结构及其设计的认识, 就容易理解整个机器系统的功能与组成结构及其设计;

(3)编程应用知识系列应依据从基础到应用的思想来建构。直接使用机器的方式是机器指令, 机器指令使用表达的基础是机器的外特性, 而机器指令的有效组织又依赖于汇编程序的编程, 以此为基础则可使机器开展面向应用问题的计算;

FJvh　　(4)技术方法知识系列应依据从抽象到具体的思想来建构。机器的功能(由指令系统来反映)是机器设计的基础, 概念性结构是抽象的, 物理性结构则是具体的, 它们之间通过逻辑结构来联系。