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计算机系统基础

授课学院

计算机学院

课程学习内容

计算机系统基础，也就是 ICS，是计算机学院的镇院神课。简单来说，这门课是教我们C语言程序是如何一步步在计算机上运行起来的，其内容涵盖以下板块：

  1. 数据的底层表示：计算机是如何用 0 和 1 表示整数、浮点数和字符的？为什么 x + y < x 在计算机里可能是真的？

  2. 程序的机器级代码：通过汇编语言（x86-64, RISCV），你将亲眼看到 C 语言的 if、loop、function 在 CPU 指令集层面是如何被精准执行的。

  3. 存储器层次结构：探索 CPU 缓存（Cache）、内存与磁盘之间的速度鸿沟；学习如何编写“对缓存友好”的代码，让程序的性能提升数倍。

  4. 异常控制流与系统调用：理解操作系统如何通过进程切换实现“并发”；探索信号处理（Signal）以及 fork() 是如何创造出“双胞胎”进程的；如何利用中断实现I/O。

“只有理解了系统，你才能真正掌控代码。”

课程配套实验：PA（Programming Assignment）

通过 NEMU（NJU Emulator），从零开始徒手搭建出一个能跑操作系统的模拟计算机。

  • PA1：实现一个简易的调试器（Monitor），学会用寄存器和内存的角度审视程序。

  • PA2：赋予机器灵魂。亲手实现几十个指令（ISA），让 NEMU 真正能“读懂”代码。

  • PA3：穿越虚实的屏障。挑战内存管理与地址转换。理解虚拟内存是如何在硬件层面保护程序的。

  • PA4：见证现代文明。在 NEMU 上构建一个最简单的操作系统，支持多任务切换、异常处理、系统调用等。

课程评价

作为计算机学院的 5 学分大课，这门课程知识含量极高，授课与配套实验质量极高、编程作业难度非常高。PA 实验的难度与工管院的所有编程实验难度都不在一个级别，可以锻炼同学们复杂编程项目的编程能力。

如果你不想只写写简单的算法题和玩具软件，这门课是入门系统级编程的好选择（选了就要好好学，否则有挂科风险）。

虽然是计院大二的课，但如果是跨专业，推荐大三再选。

上课指南

这门课一般在每年秋冬学期开课。2025年的课程分为两个班，两个班课上的授课内容相同，但是实验作业不同。苏丰老师班做的是 x86 版本的 PA 实验，唐杰老师班做的是 RISCV 版本的 PA 实验。两个班的 Lab 作业也不同。苏老师班的实验统一在学校服务器上做，唐老师班是在自己的电脑上做（需要自己配Linux环境，但可以vibe coding）。

我是在唐老师班上的。

成绩构成

期末考试 50%、实验作业 40%、作业 10%。

授课风格

课上不点名、不要求回答问题，知识量大。

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