2026寒假计划

2026年寒假即将开始，这是一段宝贵的技术提升时光！今年寒假，我的目标是系统性地深入学习计算机科学的核心基础领域，重点聚焦于计算机组成与结构、现代操作系统、路由与交换技术、编译原理四大主题。通过理论与实践的结合，建立完整的计算机系统知识体系，并尝试自主开发一个新编程语言。

学习计划

1. 计算机组成与结构（硬件基础）

  • 数字逻辑基础：深入理解布尔代数、逻辑门电路、组合逻辑与时序逻辑设计原理，掌握从晶体管到复杂计算系统的完整设计流程。
  • 处理器架构：学习指令集架构（ISA）、数据通路设计、流水线技术等核心概念，理解CPU如何执行指令和处理数据。
  • 存储器层次结构：掌握Cache原理、虚拟内存机制、存储系统优化技术，理解计算机存储系统的工作原理。
  • 输入输出系统：学习总线结构、中断机制、DMA传输技术，理解计算机与外部设备的交互方式。

2. 现代操作系统（系统软件）

  • 进程与线程管理：深入理解进程调度算法、线程同步机制、死锁预防与检测技术，掌握操作系统如何管理程序执行。
  • 内存管理机制：学习分页与分段机制、页面替换算法、虚拟内存实现原理，理解操作系统如何高效管理内存资源。
  • 文件系统设计：掌握文件组织方式、磁盘调度算法、文件系统安全性机制，理解数据持久化存储的原理。
  • 设备管理技术：学习驱动程序架构、I/O子系统、中断处理机制，理解操作系统如何管理硬件设备。

3. 路由与交换技术（网络核心）

  • 网络基础理论：深入理解OSI七层模型、TCP/IP协议栈、网络拓扑结构，建立完整的网络知识体系。
  • 路由协议原理：学习RIP、OSPF、BGP等动态路由协议的原理与实现，掌握网络路径选择机制。
  • 交换网络技术：掌握VLAN、STP、链路聚合等交换网络技术，理解局域网通信原理。
  • 网络安全机制：学习ACL、防火墙、VPN等网络安全技术，保障网络通信的安全性。

4. 编译原理与语言设计（软件基础）

  • 词法分析与语法分析：学习正则表达式、有限自动机、上下文无关文法，掌握词法分析和语法分析的基本原理。
  • 语义分析与中间代码生成：理解语义分析的作用，学习类型检查、符号表管理，掌握中间代码生成技术。
  • 代码优化与目标代码生成：学习常见的代码优化技术，理解目标代码生成的过程和优化策略。
  • 运行时环境：掌握内存管理、垃圾回收、异常处理等运行时环境的设计原理。

实践项目

1. 8位CPU设计与实现

使用Verilog/SystemVerilog硬件描述语言设计一个简单的8位CPU，通过实践深入理解计算机硬件工作原理。该项目将包含以下核心模块：

  • 算术逻辑单元（ALU）：实现基本的算术和逻辑运算功能
  • 寄存器文件：设计通用寄存器和专用寄存器，支持数据存储和传输
  • 控制单元：实现指令解码和执行控制逻辑
  • 存储器接口：设计CPU与内存的交互接口

2. 微内核操作系统开发

基于x86架构实现一个简单的微内核操作系统，通过动手实践掌握操作系统内核开发技术。初步计划包括：

  • 内核架构设计：采用微内核架构，设计核心服务模块
  • 进程管理模块：实现进程的创建、调度和销毁机制
  • 内存管理模块：实现基本的内存分配和回收功能
  • 系统调用接口：设计用户程序与内核的交互接口

3. 复杂网络拓扑设计与配置

使用GNS3或EVE-NG网络模拟器搭建复杂的网络拓扑环境，通过实际配置掌握路由与交换技术。项目内容包括：

  • 多区域网络设计：设计包含多个子网的复杂网络拓扑
  • 动态路由配置：配置OSPF、BGP等动态路由协议实现网络互联
  • 交换网络优化：配置VLAN、STP等技术优化局域网性能
  • 网络安全策略：配置ACL、防火墙等安全机制保障网络通信

4. 新编程语言csgo开发

结合C++的高性能和Go语言的并发特性，开发一个名为”csgo”的新编程语言。该项目将全面应用编译原理知识，实现完整的语言编译器和运行时环境：

  • 语言设计：设计简洁的语法，支持静态类型检查、函数式编程和并发编程特性
  • 词法分析器：使用C++实现高效的词法分析，支持Unicode字符集
  • 语法分析器：构建LL(1)或LR(1)语法分析器，生成抽象语法树
  • 语义分析：实现类型系统、作用域管理和符号表
  • 代码生成：生成中间代码，优化后转换为目标代码
  • 运行时环境：使用Go语言构建高效的垃圾回收器和并发调度器
  • 标准库：提供基础数据结构、网络编程和并发编程支持