面向计算机组成与体系结构的概念建模

理解计算机系统硬件（包括计算机如何运作）对计算机工程与科学专业的本科生至关重要。文献表明，学习计算机组成与汇编语言的学生常发现难以在主题材料中理解基础概念。已有工具被引入以增进学生对计算机体系结构、汇编语言与操作系统之间交互的理解。其中一种工具是小人计算机（Little Man Computer, LMC）模型，其运作方式类似计算机但更易于理解。尽管 LMC 没有多核现代 CPU，也不执行多指令，它仍展示了冯·诺依曼体系结构的基本原理。LMC 旨在向学生介绍代码与指令集等概念。在本文中，LMC 被用于一个额外目的：一种借助新建模语言（即 thinging machine；TM）在计算机组成与体系结构领域进行实验且不涉及学科复杂性的工具。也就是说，LMC 的简洁性促进了 TM 的应用，而无需深入计算机组成/体系结构材料。相应地，本文（a）为出于任何目的（如教育）使用 LMC 模型提供了新方式，且（b）论证了 TM 可用于在组成/体系领域构建抽象层级的描述。由 LMC 的 TM 模型所得的示意图提供了一个初步案例研究，支持我们的论点：TM 是计算机组成与体系结构研究中一种独立于硬件/软件的描述可行方法。