簡析計算機硬件知識體系的結(jié)構(gòu)框架論文
1 計算機硬件知識體系特點
1 .1 復(fù)雜系統(tǒng)的整體性、層次性和動態(tài)性復(fù)雜系統(tǒng)的整體性強調(diào)其組成因素之間相互作用、相互影響緊密關(guān)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(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)的層次性強調(diào)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(shè)計來看, 可分為三個有序的層次模塊, 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)的動態(tài)性強調(diào)變化與發(fā)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(shù)的發(fā)展, 無論工程應(yīng)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(tǒng)這個知識點, 就涉及到存儲訪問局部性和相關(guān)替換算法的理論、存儲系統(tǒng)的組織與實現(xiàn)方法與技術(shù)、存儲器的結(jié)]構(gòu)與特點、存儲系統(tǒng)的應(yīng)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(yuǎn), 比如CPU 芯片是一個有形的器件, 但卻看不到內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu);CPU 芯片是計算機的核心器件, 但卻看不到其具體表現(xiàn)形式;知識應(yīng)用要經(jīng)過長期嚴(yán)格的'工程技術(shù)訓(xùn)練與實踐。
1 .3 具有目標(biāo)與界限變化迅速的特點
八十年代中期前, 培養(yǎng)目標(biāo)為邏輯器件的設(shè)計與底層使用硬件, 八十年代后期, 進(jìn)化為組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計與邏輯器件的使用, 現(xiàn)在則以嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與軟硬件相結(jié)合為基本目標(biāo)。隨之, 知識體系的重點也跟著界限培養(yǎng)目標(biāo)的變化而變化。
2 計算機硬件知識教學(xué)目標(biāo)
計算機硬件知識方面的教學(xué)目標(biāo)有三個層次:①掌握計算機軟件與網(wǎng)絡(luò)知識奠定基礎(chǔ);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(tǒng)的設(shè)計方法與技術(shù)。計算機硬件的研究內(nèi)容分為分析與設(shè)計兩個方面, 分析包括計算機工作原理和組成結(jié)構(gòu), 設(shè)計包括計算機硬件技術(shù)方法和應(yīng)用編程。
3 計算機硬件知識體系結(jié)構(gòu)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(shù)的依據(jù), 它主要包括了“計算機組成原理”和“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”中的有關(guān)知識。比如:計算模型的概念、順序程序驅(qū)動的意義、數(shù)據(jù)指令的表示、控制器的作用和設(shè)計基礎(chǔ)等;
(2)組成結(jié)構(gòu)知識系列是計算機硬件技術(shù)的核心, 它主要包括了“ 數(shù)字邏輯” 、“計算機組成原理”和“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)” 中的有關(guān)知識, 比如:邏輯代數(shù)、邏輯電路和運算器等功能部件的設(shè)計及存儲系統(tǒng)等;
(3)編程應(yīng)用知識系列是計算機硬件技術(shù)的目標(biāo), 它主要包括了“匯編語言程序設(shè)計” 、“ 微型計算機原理及其接口技術(shù)”和“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”中的有關(guān)知識。比如:指令系統(tǒng)、MASM 匯編語言、接口芯片和微型機的結(jié)構(gòu)等;
(4)技術(shù)方法知識系列是計算機硬件技術(shù)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(shù)” 和“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)” 中的相關(guān)知識。比如:指令的類型、計算機結(jié)構(gòu)與組成, 以及實現(xiàn)的概念、流水線技術(shù)和互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。
4 計算機硬件知識體系的建構(gòu)序列
計算機硬件知識體系中的每個系列, 建構(gòu)的序列都可分為四個層次。
(1)工作原理知識系列應(yīng)依據(jù)從理論到實現(xiàn)的思想來建構(gòu)。計算模型是一個理論的概念, 通過對計算過程的表達(dá)(程序)與驅(qū)動、過程表達(dá)的形式(指令)與執(zhí)行等的認(rèn)識, 就容易理解如何控制機器中的器件來實現(xiàn)計算;
(2)組成結(jié)構(gòu)知識系列應(yīng)依據(jù)從部分到整體的思想來建構(gòu);邏輯元件是機器系統(tǒng)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(jié)構(gòu)及其設(shè)計的認(rèn)識, 就容易理解整個機器系統(tǒng)的功能與組成結(jié)構(gòu)及其設(shè)計;
(3)編程應(yīng)用知識系列應(yīng)依據(jù)從基礎(chǔ)到應(yīng)用的思想來建構(gòu)。直接使用機器的方式是機器指令, 機器指令使用表達(dá)的基礎(chǔ)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(chǔ)則可使機器開展面向應(yīng)用問題的計算;
(4)技術(shù)方法知識系列應(yīng)依據(jù)從抽象到具體的思想來建構(gòu)。機器的功能(由指令系統(tǒng)來反映)是機器設(shè)計的基礎(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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