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计算机原理计算机原理是一门涉及计算机硬件和软件的课程，它介绍计算机是如何工作的，包括计算机内部的硬件与软件、计算机的架构、指令集、存储器、I/O设备、操作系统等。
该门课程的重点是介绍计算机是如何协同工作的，并提供理论和实践的基础，以便学生能够将所学知识转化为实际的应用。
计算机系统包括硬件和软件两个方面，而真正能够实现计算机指令的是硬件系统。
硬件系统由内存储器、控制器、算术逻辑运算部件(ALU)和I/O设备等部分组成。
在计算机工作时，每个指令都要先存入存储器中，然后经由控制器和ALU工作之后给出结果，最终由I/O设备输出。
指令集是一台计算机硬件系统中的重要组成部分，指的是为计算机控制器所设计、可由之识别的指令的总体集合。
通常而言，指令集包括众多不同类型的指令，以便对不同的数据类型和操作进行处理。
存储器是计算机系统中的重要组成部分。
在计算机执行程序时，需要存储指令和数据，以便被控制器和ALU使用。
在现代计算机体系结构中，存储器通常由两类组件构成，一类是内存储器，一类则是外部磁盘等辅助设备。
I/O设备包括键盘、显示器、鼠标、打印机等外部硬件。
这些设备负责将人类语言输入计算机，并将计算机的输出转化为人类可读写的信息。
操作系统是计算机系统中核心软件之一，它承担着分配存储空间、处理器时间、I/O请求以及其他相关任务的职责。
操作系统和应用程序共同工作，以便实现计算机系统的高效运作。
其中，计算机系统的性能取决于其架构，因此设计计算机架构是十分重要的工作之一。
架构定义了计算机硬件和软件之间的接口和交互方式。
它具有与应用程序无关的通用性和可重用性，因此对软件开发和技术升级都至关重要。
计算机原理中还涉及到计算机工程、网络、编程等多种学科，它们共同构成了计算机科学的核心。
计算机科学是为了解决计算机所涉及的问题而生产的跨学科领域，涵盖了理论、算法、硬件体系结构、软件实现、数据库技术、编程范式等方面。
总之，计算机原理是计算机科学中的核心课程之一，它提供了计算机系统不同层次的理解，对软硬件的深入理解有助于理解计算机系统的工作流程和设计原理，使人们更好地理解计算机，掌握计算机技术，并在实践中更加高效地使用计算机。
第一章计算机系统概论1、基本概念硬件：是指可以看得见、摸得着的物理设备（部件）实体，一般讲硬件还应包括将各种硬件设备有机组织起来的体系结构。
软件：程序（代码）+ 数据 + 文档。
由两部分组成，一是使计算机硬件能完成运算和控制功能的有关计算机指令和数据定义的组合，即机器可执行的程序及有关数据；二是机器不可执行的，与软件开发、过程管理、运行、维护、使用和培训等有关的文档资料。
固件：将软件写入只读存储器ROM中，称为固化。
只读存储器及其写入的软件称为固件。
固件是介于硬件和软件之间的一种形态，从物理形态上看是硬件，而从运行机制上看是软件。
计算机系统的层次结构：现代计算机系统是由硬件、软件有机结合的十分复杂的整体。
在了解、分析、设计计算机系统时，人们往往采用分层（分级）的方法，即将一个复杂的系统划分为若干个层次，即计算机系统的层次结构。
最常见的是从计算机编程语言的角度划分的计算机系统层次结构。
虚拟计算机：是指通过配置软件扩充物理机（硬件/固件实现）功能以后所形成的一台计算机，而物理机并不具备这种功能。
虚拟机概念是计算机分析设计中的一个重要策略，它将提供给用户的功能抽象出来，使用户摆脱具体物理机细节的束缚。
2、计算机的性能指标。
1 吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，用bps度量。
2 响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。
3 利用率：在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所在的比率，用百分比表示。
4 处理机字长：常称机器字长，指处理机运算中一次能够完成二进制运算的位数，如32位机、64位机。
5 总线宽度：一般指CPU从运算器与存储器之间进行互连的内部总线一次操作可传输的二进制位数。
6 存储器容量：存储器中所有存储单元（通常是字节）的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示。
7 存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用B/s（字节/秒）表示。
第二章计算机体系结构属性优选软件与硬件的功能分配是计算机体系结构设计的关键，是确定计算机体系结构属性的基础，而计算机体系结构属性包括数据表示、指令系统、存储部件管理(含寻址技术、数据存放、程序定位、存储保护)、总线与输入输出控制(含中断机构)等方面的内容。
为避免与计算机组成原理等其它课程重复，本章从软硬件功能分配出发，着重讨论计算机体系结构属性的优化或选择技术。
2.1 数据表示及其格式结构【问题小贴士】信息感觉媒体多种多样，从外部形态来看，有数值布尔的、字符文字的、图形图像的、声音视频的等。
理论上任何外部形态的数据均可以采用二进制数表示，但由于效率与通用性的限制，对一台特定计算机来讲，仅部分外部形态的数据实现了数据表示，所以数据表示配置是最基础的软硬件功能分配。
①一个整数如26、一个字符如E等数据与一个树、一个文件等数据，它们各自有什么共性，它们是否都可以采用二进制编码直接表示出来呢？若可以，举例说明怎样表示？若不可以，为什么呢？②不同类型数据做同一运算的运算规则是不同的，如整数加是末位对齐、实数加是小数点对齐，所以数据做运算之前，应该区分其类型。
高级语言是通过类型说明语句指示了数据类型，那么机器语言是如何指示数据类型呢？若采用8086汇编语言来编写二个8421码十进制数相加程序时，在“ADD”指令之后必须配置“DAA”指令，为什么？③在“计算机组成原理”课程中已知：浮点数通常采用IEEE 754标准，该标准规范了许多格式参数如阶码基值、尾数基值、尾数位数、阶码位数等，而这些参数对浮点数特性是有影响的如阶码位数越多、浮点数范围越大等，那么这些参数权衡选取的依据是什么呢？怎样权衡选取呢？④上述问题的解决涉及许多具体操作方法，还需要通过练习来掌握直至熟悉。
2.1.1 数据表示及其选取原则1. 数据类型及其分类人们可能接触到的不同外部形态的感觉媒体很多，这些感觉媒体信息必须采用若干位二进制数来表示，由此便形成了许多类型。
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构是指机器语言程序的设计者或是编译程序设计者所看到的计算机系统的概念性结构和功能特性。
Amdahl所定义的体现结构是指程序员面对的是硬件的系统。
所关心的是如何合理的进行软硬件功能的分配。
计算机系统结构是指机器语言级的程序员所了解的计算机的属性，即外特性。
可以包含数据表示，寄存器定义、数量、使用方式，指令系统，中断系统，存存储系统，IO系统等。
计算机组成是计算机结构的逻辑实现。
可以包含数据通路宽度，专用部件设置，缓冲技术，优化处理等。
计算机的实现是指其计算机组成的物理实现。
包括处理机，主存部件的物理结构，器件的集成度，速度的选择，模块、硬件、插件底板的划分和连接。
从使用语言的角度，可以把计算机系统按功能从高到低分为7级：0应用语言机器级、1高级程序语言机器级、2汇编语言机器级、3操作系统机器级、4传统机器语言机器级、5微程序机器级和6电子线路级。
3～6级为虚拟机，其语言功能均由软件实现。
硬件功能分配的基本原则：（1）功能要求。
首先是应用领域对应的功能要求，其次是对软件兼容性的要求；（2）性能要求。
如运算速度，存储容量，可靠性，可维护性和人机交互能力等；（3）成本要求。
体系结构设计的方法有三种：由上而下－从考虑如何满足应用要求开始设计；由下而上－基于硬件技术所具有的条件；由中间开始的方法。
体系设计的步骤：需求分析、需求说明、概念性设计、具体设计、优化和评价。
计算机体系结构的分类：（1）弗林FLYNN分类法：按指令流和数据流将计算机分为4类：①单指令流、单数据流－Single Instruction Stream Single Data Stream，SISD。
计算机，即传统的单处理机，通常用的计算机多为此类，如脉动阵列计算机systolic array；②单指令流、多数据流－Multiple，SIMD。
典型代表是并行处理机。
其并行性在于指令一级。
如ILLIAC、PEPE、STARAN、MPP等；③MISD计算机；④MIMD计算机。
计算机体系结构基础知识要点梳理计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的交互方式和组织方式。
在计算机科学领域中，对计算机体系结构的理解是非常重要的。
本文将梳理计算机体系结构的基础知识要点，以帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
一、什么是计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口和交互方式。
它对计算机的功能、性能、能耗以及可扩展性等方面起到了决定性的影响。
计算机体系结构包括指令集架构、操作系统、内存管理、输入输出等方面的设计和实现。
二、指令集架构（ISA）指令集架构是计算机体系结构的核心之一。
它定义了计算机的指令集和指令的编码方式，决定了计算机能执行哪些操作。
常见的指令集架构有CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）。
CISC架构的指令较为复杂，可以执行多种操作，而RISC架构的指令较为简单，执行速度更快。
三、存储器层次结构存储器层次结构是计算机体系结构中的重要概念之一。
它由多级存储器组成，包括寄存器、缓存、内存和硬盘等。
存储器层次结构的设计目标是提高访问速度和存储容量，以及降低成本。
其中，寄存器是最快的存储器，但容量较小；缓存是位于CPU和内存之间的存储器，可以提高访问速度；内存是计算机主存储器，容量大但访问速度较慢；硬盘用于长期存储，容量最大但访问速度最慢。
四、处理器和流水线处理器是计算机体系结构中的核心部件。
它负责执行计算机指令，进行算术逻辑运算和控制数据流动等操作。
常见的处理器类型包括中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）。
流水线是一种提高指令执行效率的技术，它将指令执行过程划分为多个子操作，并通过多级流水线的并行处理方式，提高处理器的吞吐量。
五、总线和I/O系统总线是计算机体系结构中的重要组成部分，它用于连接计算机的各个硬件设备，传输数据和控制信息。
常见的总线包括数据总线、地址总线和控制总线。
I/O系统负责计算机与外部设备之间的数据交换和控制操作。
专升本《计算机系统结构》计算机系统结构是计算机科学与技术专业中的一门重要课程，是培养学生计算机系统设计能力的关键课程之一、通过学习该课程，可以使学生了解计算机系统的组成结构，掌握计算机系统的工作原理，培养学生计算机系统设计与优化能力。
以下是关于计算机系统结构的一篇1200字以上的专业文章。
计算机系统结构是计算机科学与技术中的基础课程，主要研究计算机系统的组成结构和工作原理。
计算机系统是由硬件和软件两个部分组成，硬件包括中央处理器、内存、外设等，软件包括操作系统、应用程序等。
计算机系统结构主要研究如何将这些硬件和软件组合起来，构成完整的计算机系统。
计算机系统结构包括指令流水线、存储器层次结构、总线系统和I/O系统等内容。
其中，指令流水线是计算机系统中的一种重要技术，可以提高计算机运行速度。
指令流水线将指令执行过程划分为若干个阶段，每个阶段只执行一个操作，从而可以并行执行多个指令。
通过指令流水线可以提高计算机的效率，降低计算机系统的延迟。
存储器层次结构是计算机系统中的另一个重要部分，主要包括主存、高速缓存和辅助存储器等。
存储器层次结构的设计是为了在速度、容量和成本之间找到一个平衡点。
高速缓存是CPU和主存之间的一种高速存储器，用于存放经常访问的数据和指令。
通过高速缓存可以减少CPU访问主存的次数，提高计算机的运行速度。
总线系统是计算机系统中的交通系统，用于连接计算机系统中不同部件之间的数据和信号。
总线系统主要包括数据总线、地址总线和控制总线等。
数据总线用于传输数据，地址总线用于传输地址，控制总线用于传输控制信号。
总线系统的设计需要考虑带宽、传输速度和信号干扰等因素，以保证计算机系统的正常运行。
I/O系统是计算机系统中的输入输出系统，用于对外部设备进行数据交换。
I/O系统主要包括输入设备、输出设备和I/O接口等。
输入设备用于将外部设备的数据输入到计算机系统中，输出设备用于将计算机系统中的数据输出到外部设备中，I/O接口用于连接计算机系统和外部设备。
计算机操作原理计算机操作原理是指计算机硬件和软件的协同工作方式和规则。
计算机操作原理包括计算机的基本组成、运行方式、指令执行流程等。
计算机操作的基本原理可以概括为输入、处理、输出的过程。
输入是指通过输入设备将外部数据传输到计算机中，比如键盘、鼠标、摄像头等。
计算机接收到输入信号后，会进行解析和存储，以便后续处理。
处理是指计算机对输入数据进行处理和运算的过程。
计算机内部的中央处理器（CPU）负责执行这些操作。
CPU根据存储在内存中的指令，从存储器中读取数据并进行计算、逻辑运算、数据转换等操作。
输出是指计算机将处理结果通过输出设备传输给用户或其他设备。
常见的输出设备包括显示器、打印机、音频输出设备等。
计算机会将处理结果转化为人们可读的或其他设备可以处理的形式。
计算机操作原理的基础是计算机的体系结构。
计算机的体系结构包括指令集架构（ISA）和微体系结构。
指令集架构定义了计算机的指令集和寻址方式，而微体系结构指定了如何实现指令集架构。
在计算机的操作过程中，操作系统起着重要的作用。
操作系统是计算机系统的核心软件，负责分配和管理计算机资源，为用户提供友好的界面和功能。
操作系统通过进程管理、内存管理、文件管理等功能，保证计算机的正常运行。
另外，计算机操作原理还涉及到计算机网络和信息传输。
计算机网络是指将多台计算机通过通信设备连接起来，实现数据传输与共享资源。
而信息传输是指计算机在网络中传送数据的过程，包括数据的分组、传输协议等。
综上所述，计算机操作原理是计算机硬件和软件协同工作的基本规则和方式。
通过输入、处理、输出的过程，计算机可以完成各种各样的任务，并为人们提供各种功能和服务。
