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【强化】2025年中国人民大学085400电子信息《408计算机学科专业基础

第一章计算机系统概述

(1)计算机系统概述是计算机科学与技术领域的基础性内容,它涵盖了计算机硬件、软件以及它们之间的相互作用。计算机硬件包括中央处理器(CPU)、内存、存储设备、输入输出设备等,它们是计算机系统运行的物质基础。软件则是指计算机运行的各种程序和数据,包括操作系统、应用软件和系统软件等。计算机系统的设计、实现和维护都需要对计算机系统概述有深入的理解。

(2)计算机硬件的发展经历了从电子管到晶体管,再到集成电路和大规模集成电路的演变过程。随着技术的进步,计算机硬件的性能不断提高,体积不断缩小,功耗不断降低。现代计算机硬件不仅包括传统的CPU、内存和存储设备,还包括图形处理器(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)等新型硬件。这些硬件的发展为计算机软件提供了强大的运行平台。

(3)计算机软件是计算机系统的重要组成部分,它决定了计算机的功能和应用范围。操作系统是计算机软件的核心,它负责管理计算机硬件资源,提供用户接口,以及运行各种应用程序。随着互联网的普及,网络操作系统和云计算技术也得到了快速发展。应用软件则包括各种针对特定应用领域的软件,如办公软件、图形设计软件、编程开发软件等。计算机软件的发展推动了计算机技术的广泛应用,为人类社会带来了巨大的便利。

第二章计算机组成原理

(1)计算机组成原理是计算机科学与技术中的核心课程,它研究计算机硬件系统的结构、功能以及它们之间的相互作用。计算机硬件系统由中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备等组成,这些部件协同工作以实现计算机的基本功能。CPU作为计算机的心脏,负责执行指令、处理数据和进行逻辑运算。存储器则用于存储数据和指令,分为内存和外部存储器,它们在计算机运行过程中扮演着至关重要的角色。

(2)计算机组成原理中,CPU的设计与实现是研究的重点。CPU主要由运算器、控制器和寄存器组成。运算器负责执行算术运算和逻辑运算,控制器负责指挥整个CPU的工作流程,而寄存器则用于存储操作过程中需要频繁访问的数据。随着计算机技术的发展,CPU的设计也经历了从单核到多核的演变,多核CPU能够同时执行多个任务,提高了计算机的并行处理能力。

(3)存储器在计算机组成原理中同样占据重要地位。存储器按照存储方式的不同可以分为随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和高速缓存(Cache)等。RAM具有读写速度快、容量大等特点,是计算机运行时临时存储数据和指令的地方。ROM则用于存储计算机的启动程序和固件等固定数据。高速缓存位于CPU和RAM之间,用于提高数据访问速度,减少CPU等待时间。计算机组成原理中,对存储器的性能、容量和速度的研究对于提高计算机整体性能具有重要意义。

第三章操作系统原理

(1)操作系统原理是计算机科学领域的关键学科,它研究操作系统如何管理计算机硬件资源和提供用户接口。操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理和用户接口等。进程管理负责创建、调度、同步和终止进程,确保计算机高效运行。内存管理则负责分配和回收内存资源,保证每个进程都能得到足够的内存空间。文件系统管理负责存储、检索和删除文件,提供文件的安全性和可靠性。

(2)操作系统原理中,进程管理是核心内容之一。进程是计算机程序执行时的一个实例,操作系统通过进程调度算法来决定哪个进程获得CPU时间。进程同步和互斥机制确保多个进程在共享资源时能够正确地协调和避免冲突。内存管理方面,虚拟内存技术允许操作系统将部分硬盘空间作为内存使用,从而扩大可用内存空间。此外,页面置换算法和段页式内存管理也是内存管理的重要内容。

(3)文件系统管理是操作系统提供数据持久存储和访问的重要功能。文件系统负责组织存储设备上的数据,提供文件创建、删除、复制和移动等功能。文件系统还负责数据的存储和检索,包括文件名到文件内容的映射、文件访问权限控制等。现代文件系统如NTFS、EXT4等,都采用了复杂的算法和数据结构来提高文件系统的性能和可靠性。设备管理则涉及硬件设备的驱动程序和接口,操作系统通过设备驱动程序与硬件设备进行交互,实现设备的控制和管理。

第四章计算机网络基础

(1)计算机网络基础是研究计算机网络组成、工作原理和应用技术的学科。计算机网络通过物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层等七个层次实现数据传输和交换。物理层负责传输比特流,数据链路层提供点到点的通信服务,网络层实现网络互连,传输层确保可靠的数据传输,会话层管理会话的建立、维护和终止,表示层处理数据的转换和加密,应用层提供网络服务接口。

(2)网络拓扑结构是计算机网络中重要的概念,它描述了网络中设备之间的物理连接方式。常见的网络拓

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