簡析計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系的結(jié)構(gòu)框架論文
1 計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系特點(diǎn)
1 .1 復(fù)雜系統(tǒng)的整體性、層次性和動(dòng)態(tài)性復(fù)雜系統(tǒng)的整體性強(qiáng)調(diào)其組成因素之間相互作用、相互影響緊密關(guān)系。計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系中的各知識(shí)點(diǎn)連貫性強(qiáng), 對(duì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的透徹理解, 可有效地推動(dòng)對(duì)其它知識(shí)點(diǎn)的掌握, 反之亦然。比如:“可編程陣列邏輯”的知識(shí)點(diǎn), 是學(xué)習(xí)門陣列控制器和可編程接口芯片的基礎(chǔ)。
復(fù)雜系統(tǒng)的層次性強(qiáng)調(diào)組成因素的模塊性和有序性, 計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系中的知識(shí)點(diǎn)也有此特性。如從計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)來看, 可分為三個(gè)有序的層次模塊, 即由概念結(jié)構(gòu)到邏輯結(jié)構(gòu), 再到物理結(jié)構(gòu)。復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性強(qiáng)調(diào)變化與發(fā)展, 計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系中的知識(shí)點(diǎn)在不斷的更新與充實(shí)。特別是近年來, 硬件技術(shù)的發(fā)展, 無論工程應(yīng)用還是理論方法。
1 .2 計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系的特點(diǎn)
硬件知識(shí)一般難以掌握, 如存儲(chǔ)系統(tǒng)這個(gè)知識(shí)點(diǎn), 就涉及到存儲(chǔ)訪問局部性和相關(guān)替換算法的理論、存儲(chǔ)系統(tǒng)的組織與實(shí)現(xiàn)方法與技術(shù)、存儲(chǔ)器的結(jié)]構(gòu)與特點(diǎn)、存儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用等;計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)的理論知識(shí)與實(shí)際要求之間相距較遠(yuǎn), 比如CPU 芯片是一個(gè)有形的器件, 但卻看不到內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu);CPU 芯片是計(jì)算機(jī)的核心器件, 但卻看不到其具體表現(xiàn)形式;知識(shí)應(yīng)用要經(jīng)過長期嚴(yán)格的'工程技術(shù)訓(xùn)練與實(shí)踐。
1 .3 具有目標(biāo)與界限變化迅速的特點(diǎn)
八十年代中期前, 培養(yǎng)目標(biāo)為邏輯器件的設(shè)計(jì)與底層使用硬件, 八十年代后期, 進(jìn)化為組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與邏輯器件的使用, 現(xiàn)在則以嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與軟硬件相結(jié)合為基本目標(biāo)。隨之, 知識(shí)體系的重點(diǎn)也跟著界限培養(yǎng)目標(biāo)的變化而變化。
2 計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)教學(xué)目標(biāo)
計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)方面的教學(xué)目標(biāo)有三個(gè)層次:①掌握計(jì)算機(jī)軟件與網(wǎng)絡(luò)知識(shí)奠定基礎(chǔ);②掌握在底層硬件知識(shí)直接使用計(jì)算機(jī);③掌握嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與技術(shù)。計(jì)算機(jī)硬件的研究內(nèi)容分為分析與設(shè)計(jì)兩個(gè)方面, 分析包括計(jì)算機(jī)工作原理和組成結(jié)構(gòu), 設(shè)計(jì)包括計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)方法和應(yīng)用編程。
3 計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系結(jié)構(gòu)框架
計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系可分為四個(gè)系列。
(1)工作原理知識(shí)系列是計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的依據(jù), 它主要包括了“計(jì)算機(jī)組成原理”和“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”中的有關(guān)知識(shí)。比如:計(jì)算模型的概念、順序程序驅(qū)動(dòng)的意義、數(shù)據(jù)指令的表示、控制器的作用和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等;
(2)組成結(jié)構(gòu)知識(shí)系列是計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的核心, 它主要包括了“ 數(shù)字邏輯” 、“計(jì)算機(jī)組成原理”和“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)” 中的有關(guān)知識(shí), 比如:邏輯代數(shù)、邏輯電路和運(yùn)算器等功能部件的設(shè)計(jì)及存儲(chǔ)系統(tǒng)等;
(3)編程應(yīng)用知識(shí)系列是計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的目標(biāo), 它主要包括了“匯編語言程序設(shè)計(jì)” 、“ 微型計(jì)算機(jī)原理及其接口技術(shù)”和“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”中的有關(guān)知識(shí)。比如:指令系統(tǒng)、MASM 匯編語言、接口芯片和微型機(jī)的結(jié)構(gòu)等;
(4)技術(shù)方法知識(shí)系列是計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的思想, 它主要包括了“計(jì)算機(jī)組成原理” 、“ 微型計(jì)算機(jī)原理及其接口技術(shù)” 和“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)” 中的相關(guān)知識(shí)。比如:指令的類型、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成, 以及實(shí)現(xiàn)的概念、流水線技術(shù)和互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。
4 計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系的建構(gòu)序列
計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)體系中的每個(gè)系列, 建構(gòu)的序列都可分為四個(gè)層次。
(1)工作原理知識(shí)系列應(yīng)依據(jù)從理論到實(shí)現(xiàn)的思想來建構(gòu)。計(jì)算模型是一個(gè)理論的概念, 通過對(duì)計(jì)算過程的表達(dá)(程序)與驅(qū)動(dòng)、過程表達(dá)的形式(指令)與執(zhí)行等的認(rèn)識(shí), 就容易理解如何控制機(jī)器中的器件來實(shí)現(xiàn)計(jì)算;
(2)組成結(jié)構(gòu)知識(shí)系列應(yīng)依據(jù)從部分到整體的思想來建構(gòu);邏輯元件是機(jī)器系統(tǒng)的最小組成單元,通過對(duì)邏輯器件、功能部件等的功能與組成結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí), 就容易理解整個(gè)機(jī)器系統(tǒng)的功能與組成結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì);
(3)編程應(yīng)用知識(shí)系列應(yīng)依據(jù)從基礎(chǔ)到應(yīng)用的思想來建構(gòu)。直接使用機(jī)器的方式是機(jī)器指令, 機(jī)器指令使用表達(dá)的基礎(chǔ)是機(jī)器的外特性, 而機(jī)器指令的有效組織又依賴于匯編程序的編程, 以此為基礎(chǔ)則可使機(jī)器開展面向應(yīng)用問題的計(jì)算;
(4)技術(shù)方法知識(shí)系列應(yīng)依據(jù)從抽象到具體的思想來建構(gòu)。機(jī)器的功能(由指令系統(tǒng)來反映)是機(jī)器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ), 概念性結(jié)構(gòu)是抽象的, 物理性結(jié)構(gòu)則是具體的, 它們之間通過邏輯結(jié)構(gòu)來聯(lián)系。
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