计算机系统概述论文

计算机系统结构是计算机专业本科生的一门专业必修课程。课程的目标是提高学生从系统和总体结构的层次来理解和研究计算机系统的能力。下面是我给大家推荐的计算机系统结构论文范文，希望大家喜欢!

《计算机系统结构教学探索》

摘要：计算机系统结构是计算机专业的一门专业基础课，本文根据计算机结构的课程特点，从教学方法、教学手段、实践环节方面，提出以学生为主体，利用多媒体教学等手段来提高学生的学习兴趣和主动性，从而提高了学习效果。

关键词：计算机系统结构动画演示法联系比较法实践环节

0 引言

计算机系统结构是计算机专业本科生的一门专业必修课程。课程的目标是提高学生从系统和总体结构的层次来理解和研究计算机系统的能力，帮助学生建立整机系统的概念;使学生掌握计算机系统结构的基本知识，原理和性能评价的方法，了解计算机系统的最新发展。使学生领会系统结构设计的思想和方法、提高分析和解决问题的能力。但是在教学中一直存在教学内容中原理和概念较多，综合性强，比较抽象，难学难懂，实验的硬件条件缺乏，学生学习兴趣等不高问题。笔者在多年的教学过程中，不断吸取其它高校的教学经验，对计算机系统结构教学进行改进和总结。

1 课程的内容和特点

课程内容

计算机系统结构课程本科教学时长安排为50学时，实验为22学时。根据国内外其它院校的教学思路，结合对计算机人才知识结构的要求，课程内容包括概论;指令系统;输入输出系统;存储体系;流水线技术;并行处理机;多处理机和课程实习。重点讲授内容为存储体系和指令级并行技术，存储系统是体系结构设计中的瓶颈问题，是系统成败的关键;指令级并行技术为计算机体系结构中的经典问题流水线、并行性等设计。而对并行计算机，多处理机只作简单介绍。从而突出了基本知识，注意和先修课程内容的贯通。

课程特点

(1)综合性强。计算机系统结构开设在第7学期，先修课程有：汇编语言程序设计、数据结构、计算机组成原理、操作系统、编译原理等课程。教学中要求学生综合应用各课程知识，教学难度较大。(2)理论性强。内容抽象复杂，概念多，学生感到学习难度大，教学处理不好的话，学生的学习积极性不高。(3)缺乏实验环境，学生无法获得对计算机系统结构性能改进的直观认识。由于大多数高校硬件条件不满足，故许多高校在开设这门重要课程时，仅仅停留在理论讲授上，相应的实践教学是空白，学生面对枯燥理论，学习兴趣缺乏，不利于提高教学质量。

2 教学的探讨

根据本课程的特点，教学大纲的要求，从培养学生能力的目标出发，明确目标，积极引导学生，采取动画演示、联系比较、启发式教学法，加强实践教学，提高了学生学习的兴趣和主动性，从而有效地提升了教学效果。

明确学生的认识

要想提高学生的学习的主动性，首先要让学生明确该课程的重要性。一部分学生认为该课程与计算机组成原理，操作系统等课程存在一定的重叠，认为只是前面知识的重复。另一部分学生由于面临就业和考研压力，只求通过考试而忽略能力的培养。针对第一部分在学习本课程时阐明该课程与其它课程的关系和区别。计算机组成原理从硬件系统方面来解释计算机各组成部分的工作原理。而计算机系统结构跨越了硬件和软件层次，让学生理解计算机系统结构的基本原理，这样编程时才能考虑更周全，编写更加高效的程序。针对第二部分学生让其认识到学习不只是为了考试，我们不仅要提高程序和系统的开发设计能力，还应提高从总体的架构去分析和解决问题的能力。

明确教学目标

计算机系统结构就是通过采用不同的软硬件技术设计高性价比的计算机系统，面临硬件性能达到极限，我们主要从存储系统、指令系统、指令并行性来分析和评价计算机系统设计，使学生理解计算机性能的提高的方法。例如， 提高CPU计算速度可以采用方法： 一种是提高处理器的主频;第二种方法是提高指令执行的并行度，当前CPU中都采用超标量超流水线技术，流水线结构其实就是一种提高并行度的方法。CPU不像以前通过提升主频来提升速度，因为硬件速度的提高是有限的，最大只能是光速，所以CPU还通过多核的技术来提升速度。这样，学生在学习时运用所学的知识来分析，有利于培养他们发现问题、分析问题、解决问题的能力。

采取合理的教学方法和教学手段

(1)动画演示。教学中采用大量的动画来系统解析教学内容，包括系统的结构、工作的原理、工作流程以及一些算法等，把以往抽象、枯燥的解说变为形象生动的动画动态展示和讲解。这些动画动态的把讲解内容展现在学生面前，突出知识的核心思想和关键知识点，容易理解和提升学习的兴趣。(2)联系比较法。把本课程中的一些概念、策略和思想与现实生活中的事例进行联系比较，如与生产流水线相联系。目的是使学生更好地理解和掌握教学内容，抓住关键思想，联系实际，从而提高了教学效果。(3)启发式教学法。由于高年级学生都有很好的自学能力，在教学中积极地根据学习的内容提出一些问题，让学生通过查阅资料，讨论学习某个问题。如RISC和CISC相比较，在理论上RISC处理器占有优势，但在实际微处理器中主要是CISC处理器;计算机处理器的发展提高到一定的主频后，主要过多核设计来提升CPU性能等。极大地提高了学生的学习的兴趣和积极性。

加强实践教学

国内外高校计算机系统结构的实验一般分为偏重软件的程序员角度和偏重硬件设计人员角度。计算机科学专业开设的实验课程一般偏重软件人员，强调从程序员的角度去了解整个计算机系统如何运行，为程序的优化，可靠性的保证等提供基础知识，实验课程一般用高级程序语言和模拟器实现。而计算机工程专业开设的实验课程一般偏重硬件，强调从硬件设计人员的角度如何设计和实现整个处理器系统，实验课程要求用相关的硬件描述语言实现系统，在FPGA上测试验证。①我们是偏重于软件的，为了让学生应用流水线技术，尝试改进流水线性能的新技术，提高学生对现代计算机系统的认识，引进了DLX虚拟处理器实验。利用DLX虚拟处理器可以进行处理器指令系统的设计，流水线的设计与实现、并行处理的设计与实现等带有新一代处理器思想和技术的实验。从而充分调动学生的能动性，提高了学生的学习兴趣，以及分析问题、解决问题的能力。

3 结束语

本课程具有内容综合性强、理论多、难度大等特点，教师对课程明确教学目标和定位的基础上，重视教学方法和多媒体手段，加强了实践教学，积极引导学生，提高了学生对本课程的兴趣，达到了较好的教学效果。

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计算机系统概论主要内容:计算机的设计思想(存储程序与程序控制)计算机的硬件组成计算机的层次结构(在不同人眼中的计算机)计算机的工作过程一,什么是计算机 计算机不同于一般的电子设备,它是由硬件,软件组成的复杂的自动化设备,是能够自动,高速,准确地对信息进行加工,处理,存储的电子设备.计算机与一般的电子设备的最大区别:不仅有硬件,同时还有软件.二,计算机的分类计算机从总体上分为:模拟计算机数字计算机 (电脑)计算机从用途上分为:专用机通用机数字计算机按性能进一步分为:巨型机,大型机,中型机,小型机,微型机,单片机.主要区别在于体积,功耗,性能指标,存储容量,指令系统,机器价格.不同数字计算机的差别三,计算机的应用科学计算自动控制测量与测试信息处理教育和卫生 家用电器人工智能四,计算机的设计思想 计算机如此神奇,那它到底是如何工作的 又是怎么构成的 世界上第一台电子数字计算机是1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学诞生的ENIAC.世界上第一台计算机ENIACENIAC的特点:采用十进制20 个10位的累加器用开关手动编程18,000个电子管重30 吨占地170平方米耗电140 KW5,000次/秒加法运算在今天看来,ENIAC并不完善,但它的诞生是具有里程碑意义的.冯·诺依曼型计算机在研制ENIAC的同时,以美籍匈牙利数学家冯·诺依曼为首的研制小组提出了"存储程序,程序控制"的计算机设计思想,体现该设计思想的计算机EDVAC在1951年问世.冯·诺依曼的存储程序控制概念概括起来为:计算机硬件应由运算器,控制器,存储器,输入设备和输出设备五大基本部件组成.计算机内部采用二进制来表示指令和数据.将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后启动计算机工作.这一点最为重要,即存储程序控制的思想.目前绝大多数计算机仍然建立在存储程序,程序控制概念的基础上,称为冯·诺依曼型计算机.五,信息的数字化表示数字代码可以表示信息用数字代码表示数值型数据 用数字代码表示指令 用数字代码表示图像 数字信号可以表示数字代码电平的高低 :高表示1,低表示0脉冲的有无 :有表示1,无表示0——信息可以数字化表示,可以用1,0表示六,存储程序的工作方式根据求解问题事先编制程序 将程序存入计算机中 启动计算机自动执行程序 ——体现了用计算机求解问题的过程 七,计算机的硬件组成存储器运算器控制器主存储器输入设备输出设备辅助存储器CPU控制数据地址/指令主机外设1,运算器运算器的功能是执行算术运算,逻辑运算以及数据转换.通常采用二进制数进行运算,1和0可以用电压的高和低,脉冲的有和无来表示 .二进制数的运算规则简单,容易用电子线路来实现,可靠性高. 2,控制器控制器的作用是协调计算机各部件自动地进行工作.具体讲,从内存中取出解题步骤(指令),加以分析后执行某种操作.指令的作用是告诉控制器做什么操作,数从哪里来,结果到哪里去.指令由两大部分构成:指令用二进制表示,并预先存放在存储器中,称为存储程序.控制器依据存储的程序来控制计算机完成计算任务,称为程序控制.存储程序,程序控制是冯·诺依曼型计算机的重要设计思想.操作码地址码3,存储器存储器的功能是用来存放程序和数据.存储器由半导体器件构成,一个触发器表示1位二进制,16位需要16个触发器.保存一个数的所有触发器合起来称为一个存储单元 .每个单元都有编号,这个编号叫地址.存储器的所有存储单元的总数称为存储容量,一般用KB,MB,GB表示.存储容量越大,表示能记忆的信息越多.4,输入设备输入设备的任务是把编好的程序和原始数据送到计算机中去,并把它们转换成计算机能识别,能接受的信息形式 .输入设备的种类非常多,比如鼠标,键盘,扫描仪等是输入设备.5,输出设备输出设备的任务是把计算机的处理结果以人或者其它设备能接受的形式送出计算机 .输出设备的种类也非常多,比如显示器,打印机等是输出设备.CPU,主机,外设中央处理器CPU:CPU = 运算器 + 控制器计算机主机:主机 = 中央处理器 + 主存储器外部设备:主机以外的硬件装置八,计算机总线结构总线是一组能够为多个功能部件分时共享的信息传输的公共通路,是构成计算机系统的互连机构总线的特点:分时,共享单总线是总线结构中的一种,单总线并不是一根信号线,内含地址总线,数据总线,控制总线.系统总线接口接口外设外设…CPU主存储器九,计算机的软件软件分为两大类:系统软件应用软件.系统软件分为四类:服务性程序语言类程序操作系统数据库管理系统应用软件举例:工程设计程序数据处理程序自动控制程序企业管理程序情报检索程序科学计算程序等. 软件的发展机器语言汇编语言算法语言操作系统数据库管理系统汇编程序这算什么,我来翻译解释程序/编译程序这也没什么,我们来解释/翻译100101110001100101110000110……十,计算机系统的层次结构计算机不能简单地认为是一种电子设备,它是一个十分复杂的由硬件,软件结合而成的整体.在不同的观测者面前,计算机是一个不完全一样的电子设备.一般用户观察到的计算机专业用户观察到的计算机计算机设计者观察到的计算机计算机的层次结构计算机通常被认为由6个不同的级组成: 第六级应用语言级第五级高级语言级第四级汇编语言级第三级操作系统级第二级一般机器级第一级微程序级为满足某种用途而专门设计,其语言是各种面向问题的应用语言.用户看到的是能解决某些专门问题的智能机器. 高级语言级是为方便用户编写应用程序而设置的,由各种高级语言编译程序支持,面向程序员. 提供一种符号语言即汇编语言,以减少程序编写复杂性,并由汇编程序翻译成机器语言,这一级由汇编程序支持. 由操作系统实现.它要直接管理传统机器的软硬件资源,是传统机器的延伸;同时要对整个系统的任务进行调度.机器语言是该机的指令集,机器语言程序可由微程序解释,即由微程序解释机器指令系统.这一级是软硬件的分界面. 微指令编写的微程序直接由硬件执行,微程序被固化于只读存储器ROM中,常称为"固件".1,2级面向机器设计者虚拟机物理机软件和硬件的逻辑等价性硬件是计算机系统存在的基础,软件则是计算机系统运行的灵活.任何操作既可以由硬件来实现,又可以由软件实现;任何指令的执行可由软件来完成,也可以由硬件来完成.这就是软件和硬件的逻辑等价性.第一级和第二级的边界正在向第三级乃至更高级扩展.软件有固化的趋势,固化了的程序称为固件.计算机执行程序的过程将编制好的程序放在主存中,由控制器控制逐条取出指令执行.以单累加寄存器结构的运算器为例,计算a+b-c= 计算机的技术指标机器字长:能直接处理的二进制信息的位数.字长标志着精度,字长越长,精度越高.主 频:CPU的时钟频率.一般情况下,时钟频率越高,运算速度越快.总线宽度:数据总线一次能并行传输信息的位数.一般指外部数据总线的宽度. 存储容量:系统能存储的二进制字的总数,单位:KB,MB,GB,TB,PB. 运算速度:每秒能执行多少条指令,以百万条指令/每秒为单位.十一,计算机的过去和未来 世界上第一台电子数字计算机是1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学诞生的ENIAC.从今天的眼光来看,这台计算机功耗大又不完善,但却是科学史上一次划时代的创新,它奠定了电子计算机的基础.自从这台计算机问世以来,计算机大致经历了五个阶段的变化.计算机的过去第一代:1946年开始的电子管计算机.第二代:1958年开始的晶体管计算机.第三代:1965年开始的中小规模集成电路计算机. 第四代:1971开始大规模和超大规模集成电路计算机.第五代:1986年开始的巨大规模集成电路计算机. 从1946年计算机诞生以来,大约每五年运算速度提高10倍,可靠性提高10倍,成本降低10倍,体积缩小10倍.60年来计算机的发展过程,是在冯·诺依曼型计算机结构的基础上,紧紧围绕如何提高速度,扩大存储容量,降低成本,提高系统可靠性和使用的方便性为目的,不断采用新器件和研制新软件的过程.计算机的未来微型计算机将向更微型化,网络化,高性能,多用途的方向发展."小的更小".巨型计算机向更巨型化,超高速,并行处理,智能化的方向发展."大的更大".进入以通讯为中心的体系结构,计算机就是网络.