【Computer】计算机原理大纲
计算机原理是一门系统性很强的课程，涵盖计算机从硬件到软件的基本构成与工作机制。以下是计算机原理课程大纲的标准结构：
一、计算机系统概述
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计算机发展简史与分类
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计算机基本组成（五大部件）
- 运算器
- 控制器
- 存储器
- 输入设备
- 输出设备
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冯·诺依曼体系结构
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指令执行过程：取指、译码、执行
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总线结构与工作原理（数据总线、地址总线、控制总线）
二、数据的表示与运算
- 数制与编码（进制转换、BCD、ASCII、Unicode）
- 定点数与浮点数表示
- 有符号/无符号数的加减乘除运算
- 溢出判断与处理
- 浮点数IEEE 754标准
- 数值编码：原码、反码、补码
- 位运算与掩码操作（与、或、非、异或、移位）
三、存储系统
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存储层次结构（寄存器、Cache、主存、辅助存储）
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主存结构与地址映射
- MAR / MDR 寄存器
- 字节寻址与字寻址
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Cache 工作原理
- 局部性原理
- 直接映射、全相联、组相联
- 替换算法（LRU、FIFO）
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主存与Cache一致性
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虚拟存储器
- 页面置换算法（FIFO、LRU等）
- 地址转换：页表、段页式管理
四、指令系统与汇编语言基础
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指令格式与寻址方式
- 立即寻址、直接、间接、寄存器寻址等
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指令的分类：数据传送、算术逻辑、跳转等
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汇编语言基础
- 标号、伪指令
- 汇编过程与机器码转换
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指令周期与流水线概念
五、中央处理器（CPU）结构与功能
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CPU结构组成：ALU、CU、寄存器组
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控制方式：
- 微程序控制
- 硬布线控制
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指令流水线设计
- 数据冒险、控制冒险、结构冒险
- 解决机制（转发、停顿、预测等）
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CISC 与 RISC 比较
六、输入输出系统
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I/O 模式
- 程序查询方式
- 中断驱动方式
- DMA（直接存储器访问）
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中断系统与中断优先级
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输入输出接口原理
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总线与接口控制器（PCI、USB、SATA 简介）
七、计算机系统性能与优化
- 指令周期与 CPI
- 吞吐量、响应时间
- Amdahl 定律
- 多核处理器基础
- 并行性与流水线技术
- 性能瓶颈分析（CPU-bound vs IO-bound）
八、高级专题（可选拓展）
- 多处理器系统与总线仲裁
- RISC-V/MIPS 简单体系结构实例
- FPGA与计算机硬件建模基础
- 存储一致性模型（MESI等）
- 简单操作系统原理接口
衔接课程建议：
- 计算机组成原理（更偏重硬件设计）
- 操作系统（从资源管理角度理解）
- 汇编语言与系统编程
- 计算机体系结构（微架构与高级优化）
- 数字逻辑与微机接口