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课程讲什么？
三个关键词：计算机、组成、原理
计算机： 主要研究数字电子计算机（区别于机械式/模拟电子计算机）
组成(Organization)：计算机硬件系统的逻辑实现（非物理实现），运用数字电路/门电路/触发器等元器件
原理：讲授数字电子计算机硬件系统的一般原理，不依赖具体机型
一、计算机系统简介
现代计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
两者关系：没有软件，硬件无法发挥作用；软件通过指令有序执行控制硬件工作
1、计算机软件
硬件定义：计算机的实体部分，包括主机、外设等看得见摸得着的物理组件，如主板、硬盘、内存、显卡等。
作用：为软件运行提供物理基础，通过执行软件指令实现各种功能。
2、计算机软件
软件是具有各类特殊功能的信息集合，指挥硬件有序工作。分为系统软件和应用软件
2.1 系统软件
- 语言处理程序: 如编译器，将高级语言转换为机器可执行代码
- 操作系统: 管理计算机软硬件资源，提供人机交互界面
- 服务程序: 如数学库(Intel MKL)、并行计算支持(MPICH2)、数据库管理系统等
- 数据库管理系统
- 网络软件
2.2 应用软件: 面向特定任务开发的程序，如游戏、办公软件等
二、计算机系统的层次结构
2.1 简单的一个层次结构
层次关系：
硬件位于下层，为软件提供接口（如指令集）；
系统软件利用硬件接口管理资源；
应用软件调用系统软件功能。
2.2 计算机系统可以物理抽象为 9 层
最底层：物理抽象（量子机制和麦克斯韦方程描述电子移动）
电子元件层：利用物质电子移动特征构建元件
模拟电路层：构建放大器、滤波器等连续电压部件
数字电路层：构建与门、非门等逻辑部件
逻辑层和微体系结构层：计算机组成原理主要研究内容
2.3 计算机系统的5种语言
1、机器语言
特征: 由二进制代码构成，直接对硬件编程
执行方式: 程序在实际硬件上直接执行
缺点: 代码难记忆、难使用
2、汇编语言
改进: 将机器语言符号化，降低编程难度
执行要求: 需要汇编程序将汇编语言转换为机器语言
对应关系: 与机器语言基本保持一一对应
3、高级语言
优势: 更接近自然语言，编程更简单
执行方式: 需要编译程序或解释程序生成可执行代码
层次关系: 在汇编语言机器外层增加软件层
4、机器语言指令的细化
执行过程: 包括取指令、译码、取操作数、执行等步骤
时序控制: 通过微指令控制操作先后顺序
微程序机器: 执行微指令实现机器语言指令
5、操作系统
功能: 管理软硬件资源，提供编程接口
调用示例: 汇编程序通过中断调用操作系统功能（如返回DOS系统）
2.4 计算机系统的5层结构
五层结构:
微程序机器M0：硬件直接执行微指令
实际机器M1：用微指令解释机器指令
虚拟机器M2：用机器语言解释操作系统
虚拟机器M3：汇编程序翻译为机器语言
虚拟机器M4：编译程序翻译为汇编语言
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