0. 课程视角：从门电路到系统软件

章节导引

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学习目标

建立从硬件到软件的层次化视角，知道本课程每一部分在系统链路中的位置。

前置知识

能理解二进制、程序、硬件和操作系统这些基本概念即可。

建议用时

建议 1–2 小时：重点看抽象层次和课程主线图。

练习建议

用自己的话画一遍从物理信号到运行程序的链路，并标出最容易混淆的两个接口。

参考资料与引用边界

• 整理者：Lumner。
• 课程来源：根据 SYS/ 目录下的课件整理；本章对应课件：SYS/Lec00_Introduction.pptx。
• 原始讲义文件：note/SYS_计算机系统基础讲义.md。
• 引用边界：这是公开学习笔记，不替代课程正式教材、教师课件或考试要求；外部引用时请注明来自本网站整理版。

计算机系统可以看成一组层次化抽象。越往下越接近物理实现，越往上越接近程序员和用户看到的行为。系统课程的核心价值，是把这些层次之间的接口讲清楚。

图像说明：计算机系统课程分层

原课件包含 ./sys_notes_assets/system_overview.jpg。公开仓库当前不附带这张图片；本节保留文字化说明，阅读时可把它理解为“计算机系统课程分层”的结构示意。

0.1 抽象层次

典型计算机系统从上到下可以分为：

层次	主要内容	本讲义中的对应章节
应用程序	用户可见的软件功能	作为背景
编译器、库、运行时	把高级语言程序翻译成机器可执行形式	7.6、7.7
操作系统	进程、内存、文件、设备、中断、系统调用	与后续系统课程衔接
ISA	软件和硬件之间的契约，定义指令、寄存器、地址空间、异常等	6、7
微体系结构	CPU 如何实现 ISA，如单周期、流水线、乱序等	本课程略作铺垫
RTL	寄存器传输级：寄存器、总线、ALU、控制信号	4、5
数字逻辑电路	门电路、组合逻辑、时序逻辑	2、3、5
器件技术	晶体管、电压、电容、延迟、功耗	2.3

0.2 本课程主线

本课程不是单独学习“逻辑门”或“汇编语言”，而是建立一条连贯链路：

flowchart LR
    A["物理信号"] --> B["0/1 二值抽象"]
    B --> C["布尔函数与逻辑门"]
    C --> D["组合逻辑功能块"]
    D --> E["ALU、寄存器、计数器"]
    E --> F["数据通路与控制"]
    F --> G["ISA 指令"]
    G --> H["汇编程序"]
    H --> I["目标文件、链接、装载"]
    I --> J["运行中的程序"]

理解这条链路后，许多系统问题会变得自然：为什么整数会溢出，为什么浮点加法不满足结合律，为什么 RISC-V 指令字段要固定位置，为什么函数调用要保存寄存器，为什么链接器要重定位符号。

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