深入理解计算机系统

依托于“计算电磁学”的发展，电磁CAE技术已经深刻的改变了硬件设计流程，但是仅仅依赖于CAE商用软件的仿真计算以及设计师的手动调参或者相对低层次的自动扫参功能，越来越难以支撑起卓越的硬件设计。

学习和掌握最前沿的设计理念、优化策略，依靠扎实的数理基础将问题转化为数理模型，并依托坚实的编程素养将定性的设计理念数字化、程序化，深度嵌入硬件的设计阶段，会否给硬件设计带来更多可能？这也正是这篇文章的“缘起”。

1. 入门，学习始于2021年11月初的B站《计算机科学速成课》、《从0到1设计一台计算机》科普视频的系统学习，结合日本计算机科普作家矢泽久雄的两本科普读物《计算机是怎么跑起来的》、《程序是怎么跑起来》，完成了计算机硬件系统的入门。

3. 实践，理论体系建立完毕后，通过对笔记本主板的拆解和再认识，完成了对知识体系的简单实践。

2.深入理解：完成了计算机组成原理的底层认知的阐述后，想要深入了解的同学，就需要将计算机组件的封装打开，更加具体的探索构成计算机系统的各子系统的结构组成、功能以及实现机理。这部分内容始终围绕“硬”和“软”两个方面进行阐述，“硬”的部分将深入计算机内部，详细介绍计算机的硬件系统架构以及其中各硬件分系统（存储系统、中央处理系统、总线系统以及I/O系统）的结构组成和运行机理；“软”的部分则要详细介绍以“0/1”二进制为基础的信息表示和处理方法、控制计算机硬件协调工作的“指令系统”构造方式、运行机理以及各硬件分系统内部维持其有序工作的“规则”和“策略”。

如果将计算机系统比作为一家公司的话，那么“硬”的部分就类似于由基本要素“人”（类似晶体管）构成的各职能部门（类似硬件分系统）以及将这些职能部门框起来的“组织架构”；“软”的部分则类似于建构于“核心理念”之上的各种“规章制度”。硬和软共同保障了公司的有序经营。

3.认识主板：“计算机系统”承载体的最佳案例应该就是个人电脑的主板，初识“主板”，如同毛细血管一般的PCB走线、密密麻麻的电路元器件以及大量被引脚包围的集成电路芯片可能会引起你的生理不适，分析更无从下手。当深入了解并构建了相对完整的“计算机系统”的体系后，再看“主板”，会否有不一样的认识？这一过程本身亦是加深对“计算机系统”认识的有益实践。

底层认知

什么是计算机系统

计算机是迄今为止最为复杂的一个系统之一，其作用在于按照确定的顺序完成认类预设好的指令，而这些预设好的指令就是我们所熟知的程序。

所谓复杂系统，一方面因为其构成元素的晶体管数量十分巨大，一颗指甲盖大小的CPU核心就包含数以亿级的晶体管，另一方面在于其功能十分强大，简单的堆数量并不能成就强大的系统，计算机系统的强大源于其将海量的晶体管进行互连、按照严密的组织规则让其分工、协作，从而实现了远超个体能力的复杂功能。这与细胞-器官-智慧生命的实现逻辑一致。”计算机系统“正是关注这个复杂系统的搭建过程以及工作机理：1）硬件层面，晶体管-计算机组件-功能完善的计算机；2）软件层面，0/1二进制-信息的表示与处理-指令系统。