簡析計算機硬件知識體系的結構框架論文
1 計算機硬件知識體系特點
1 .1 復雜系統的整體性、層次性和動態性復雜系統的整體性強調其組成因素之間相互作用、相互影響緊密關系。計算機硬件知識體系中的各知識點連貫性強, 對一個知識點的透徹理解, 可有效地推動對其它知識點的掌握, 反之亦然。比如:“可編程陣列邏輯”的知識點, 是學習門陣列控制器和可編程接口芯片的基礎。
復雜系統的層次性強調組成因素的模塊性和有序性, 計算機硬件知識體系中的知識點也有此特性。如從計算機硬件設計來看, 可分為三個有序的層次模塊, 即由概念結構到邏輯結構, 再到物理結構。復雜系統的動態性強調變化與發展, 計算機硬件知識體系中的知識點在不斷的更新與充實。特別是近年來, 硬件技術的發展, 無論工程應用還是理論方法。
1 .2 計算機硬件知識體系的特點
硬件知識一般難以掌握, 如存儲系統這個知識點, 就涉及到存儲訪問局部性和相關替換算法的理論、存儲系統的組織與實現方法與技術、存儲器的結]構與特點、存儲系統的應用等;計算機硬件知識的理論知識與實際要求之間相距較遠, 比如CPU 芯片是一個有形的器件, 但卻看不到內部的物理結構;CPU 芯片是計算機的核心器件, 但卻看不到其具體表現形式;知識應用要經過長期嚴格的'工程技術訓練與實踐。
1 .3 具有目標與界限變化迅速的特點
八十年代中期前, 培養目標為邏輯器件的設計與底層使用硬件, 八十年代后期, 進化為組織結構的設計與邏輯器件的使用, 現在則以嵌入式系統的設計與軟硬件相結合為基本目標。隨之, 知識體系的重點也跟著界限培養目標的變化而變化。
2 計算機硬件知識教學目標
計算機硬件知識方面的教學目標有三個層次:①掌握計算機軟件與網絡知識奠定基礎;②掌握在底層硬件知識直接使用計算機;③掌握嵌入式系統的設計方法與技術。計算機硬件的研究內容分為分析與設計兩個方面, 分析包括計算機工作原理和組成結構, 設計包括計算機硬件技術方法和應用編程。
3 計算機硬件知識體系結構框架
計算機硬件知識體系可分為四個系列。
(1)工作原理知識系列是計算機硬件技術的依據, 它主要包括了“計算機組成原理”和“計算機系統結構”中的有關知識。比如:計算模型的概念、順序程序驅動的意義、數據指令的表示、控制器的作用和設計基礎等;
(2)組成結構知識系列是計算機硬件技術的核心, 它主要包括了“ 數字邏輯” 、“計算機組成原理”和“計算機系統結構” 中的有關知識, 比如:邏輯代數、邏輯電路和運算器等功能部件的設計及存儲系統等;
(3)編程應用知識系列是計算機硬件技術的目標, 它主要包括了“匯編語言程序設計” 、“ 微型計算機原理及其接口技術”和“計算機系統結構”中的有關知識。比如:指令系統、MASM 匯編語言、接口芯片和微型機的結構等;
(4)技術方法知識系列是計算機硬件技術的思想, 它主要包括了“計算機組成原理” 、“ 微型計算機原理及其接口技術” 和“計算機系統結構” 中的相關知識。比如:指令的類型、計算機結構與組成, 以及實現的概念、流水線技術和互連網絡技術等。
4 計算機硬件知識體系的建構序列
計算機硬件知識體系中的每個系列, 建構的序列都可分為四個層次。
(1)工作原理知識系列應依據從理論到實現的思想來建構。計算模型是一個理論的概念, 通過對計算過程的表達(程序)與驅動、過程表達的形式(指令)與執行等的認識, 就容易理解如何控制機器中的器件來實現計算;
(2)組成結構知識系列應依據從部分到整體的思想來建構;邏輯元件是機器系統的最小組成單元,通過對邏輯器件、功能部件等的功能與組成結構及其設計的認識, 就容易理解整個機器系統的功能與組成結構及其設計;
(3)編程應用知識系列應依據從基礎到應用的思想來建構。直接使用機器的方式是機器指令, 機器指令使用表達的基礎是機器的外特性, 而機器指令的有效組織又依賴于匯編程序的編程, 以此為基礎則可使機器開展面向應用問題的計算;
(4)技術方法知識系列應依據從抽象到具體的思想來建構。機器的功能(由指令系統來反映)是機器設計的基礎, 概念性結構是抽象的, 物理性結構則是具體的, 它們之間通過邏輯結構來聯系。
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