计算机组成原理与系统结构是计算机科学与技术领域的基础课程之一，主要研究计算机硬件的工作原理、组织结构以及它们之间的关系。这一学科不仅涵盖了计算机硬件的基本概念和设计方法，还涉及到计算机系统的运行机制和性能优化。以下是一些关键的知识点：
1. 计算机硬件系统概述
- 计算机硬件系统是指构成计算机的物理设备，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备、总线等。
- CPU是计算机的核心部件，负责执行程序指令和处理数据。它由运算器、控制器、寄存器等部分组成。
- 存储器用于存储程序和数据，分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
- 输入输出设备负责与外界进行信息交换，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。
- 总线是连接不同硬件设备的数据通道，常见的有数据总线、地址总线和控制总线。
2. 计算机体系结构
- 冯·诺依曼体系结构是一种经典的计算机体系结构，它将计算过程划分为运算器、控制器、存储器和输入输出设备四个部分，并通过总线进行数据交换。
- 流水线技术是一种提高处理器工作效率的技术，通过将一个操作分成多个步骤，并在多个时钟周期内完成这些步骤，从而提高了处理器的速度。
- 并行计算是一种同时执行多个操作的技术，通过将计算任务分解为多个子任务，并让多个处理器同时执行这些子任务，从而提高了计算速度。
3. 存储器层次结构
- 主存储器（RAM）是计算机中临时存储数据和程序的地方，速度快但容量有限。
- 辅助存储器（Cache）是介于主存储器和CPU之间的高速缓存，用于减少访问主存储器的次数，提高数据处理速度。
- 只读存储器（ROM）是永久存储程序代码和数据的地方，不需要电源就能保存数据，但读取速度较慢。
4. 输入输出系统
- I/O系统是指计算机与外部设备之间的通信接口，包括串行和并行两种方式。
- 串行I/O系统使用数据线和时钟线进行数据传输，适用于低速、低带宽的通信场景。
- 并行I/O系统使用数据线和地址线进行数据传输，适用于高速、高带宽的通信场景。
5. 总线标准
- 总线标准是指为了规范计算机硬件之间的连接而制定的一系列技术规范，如PCI、USB等。
- 总线协议是指为了保证数据正确传输而制定的一套规则，如中断、DMA等。
6. 多核处理器
- 多核处理器是指一个处理器内部包含多个核心或处理器核心的技术，可以提高计算效率和处理能力。
- 并行处理是指将一个复杂的计算任务分解为多个子任务，并让多个核心同时执行这些子任务的技术。
7. 计算机网络
- 计算机网络是指由多个计算机系统组成的网络，可以实现数据的共享和通信。
- 局域网（LAN）是指在同一建筑物内或同一地区的计算机系统之间的网络，具有较低的传输速率和较高的安全性。
- 广域网（WAN）是指跨越多个地理区域或国家的计算机系统之间的网络，具有较大的传输速率和较低的延迟。
8. 操作系统
- 操作系统是管理计算机硬件和软件资源的程序，提供了用户与计算机之间的交互界面。
- 进程管理是指操作系统对计算机系统中的进程进行创建、调度、销毁等操作的管理。
- 内存管理是指操作系统对计算机系统中的内存进行分配、回收等操作的管理。
- 文件管理是指操作系统对计算机系统中的文件进行创建、删除、读写等操作的管理。
9. 数据库系统
- 数据库系统是一种用于存储和管理数据的系统，可以快速查找、插入、更新和删除数据。
- SQL（结构化查询语言）是一种用于与数据库进行交互的语言，可以用来查询、修改和更新数据。
- 关系型数据库系统是一种基于关系模型的数据库系统，可以表示实体及其属性之间的关系。
- 非关系型数据库系统是一种不基于关系模型的数据库系统，可以存储大量复杂的数据。
10. 安全与可靠性
- 安全是指保护计算机系统免受未经授权的访问和攻击的能力。这包括加密技术、防火墙、入侵检测系统等。
- 可靠性是指计算机系统在正常运行条件下能够持续工作的能力。这包括冗余设计、故障恢复机制、备份和恢复策略等。
