计算机系统的层次结构
计算机系统组成与层次结构解析
计算机系统组成与层次结构解析计算机系统是由各个组成部分相互协作而形成的，它是一个复杂而庞大的系统。
计算机系统的组成主要包括硬件系统、操作系统和应用软件，并按照一定的层次结构来组织和管理。
本文将对计算机系统的组成和层次结构进行深入解析。
一、硬件系统1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行各种命令和控制计算机的运行。
CPU主要由控制单元和算术逻辑单元组成，通过控制单元对外部输入进行解析和判断，并指挥算术逻辑单元进行数据处理和运算。
2. 存储器存储器用来存储计算机的指令和数据，分为主存和辅助存储器两种。
主存储器是计算机运行时的临时存储空间，辅助存储器则用于永久性地存储大量的数据和程序。
3. 输入输出设备输入输出设备用于计算机与外界进行数据交换。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等，输出设备则包括显示器、打印机和声音播放器等。
二、操作系统操作系统是计算机系统中的核心软件，它负责管理和调度计算机的各个硬件资源，提供公共服务和接口。
操作系统的功能包括进程管理、文件管理和存储管理等。
1. 进程管理操作系统通过进程管理来管理计算机上运行的各个程序。
它负责分配和回收计算机的处理器资源，并确保各个进程按照优先级合理地运行。
2. 文件管理文件管理是操作系统负责管理计算机上的文件和目录结构。
它提供了文件的创建、读取、写入和删除等功能，并通过文件系统来组织和存储文件。
3. 存储管理存储管理是操作系统负责管理计算机存储器的一项重要任务。
它负责为进程和文件分配空间，并进行存储空间的回收和整理。
三、应用软件应用软件是计算机系统的最高层次，它通过操作系统提供的接口与硬件进行交互，并为用户提供各种功能和服务。
1. 办公软件办公软件包括文字处理软件、电子表格软件和演示文稿软件等，它们为用户提供了创建、编辑和展示各种办公文档的功能。
2. 图形图像处理软件图形图像处理软件主要用于编辑和处理图形和图像。
它们提供了各种绘图和编辑工具，使用户能够创建和修改各种类型的图形和图像。
关于计算机系统层次结构的描述
关于计算机系统层次结构的描述计算机系统层次结构是指计算机硬件和软件之间的分层关系，它将计算机系统划分为不同的层次，每个层次都具有特定的功能和责任。
这种层次结构的设计使得计算机系统更加可靠、可扩展和易于维护。
计算机系统层次结构通常可以分为硬件层、操作系统层、应用软件层三个主要层次。
在硬件层，计算机系统的核心是中央处理器（CPU）、内存和输入输出设备。
CPU是计算机的大脑，负责执行指令和进行算术逻辑运算。
内存用于存储程序和数据，它是计算机系统的临时存储器。
输入输出设备用于与外部环境进行交互，如键盘、鼠标、显示器等。
在操作系统层，操作系统充当了硬件和应用软件之间的桥梁。
它负责管理和控制计算机系统的资源，为应用软件提供一个良好的运行环境。
操作系统可以分为内核和外壳两部分。
内核是操作系统的核心，负责处理与硬件的交互和资源管理。
外壳是用户与操作系统交互的界面，提供了命令行或图形化的操作界面。
在应用软件层，各种应用程序为用户提供了丰富的功能和服务。
应用软件可以分为系统软件和应用软件两类。
系统软件是为了支持计算机系统的正常运行而开发的，如编译器、调试器、驱动程序等。
应用软件是为了满足用户特定需求而开发的，如办公软件、图像处理软件、游戏等。
计算机系统层次结构的设计有很多好处。
首先，它允许不同层次的独立发展，使得系统的维护和升级更加容易。
其次，它提供了一种模块化的设计方法，可以将系统划分为多个独立的模块，每个模块负责特定的功能，提高了系统的可扩展性和可靠性。
此外，层次结构可以隐藏底层的复杂性，使得上层应用程序更加易于开发和使用。
然而，计算机系统层次结构也存在一些挑战。
首先，不同层次之间的接口设计需要精心考虑，以确保各个层次之间的兼容性和协作性。
其次，层次结构的划分需要权衡不同因素，如性能、成本和可维护性，不同的划分方法可能会导致不同的结果。
此外，层次结构的设计需要考虑未来的发展趋势和技术变化，以保持系统的可持续性和兼容性。
计算机系统结构基本习题和答案
计算机系统结构基本习题和答案计算机系统结构基本习题和答案填空题1、从（使用语言的）角度可以将系统看成是按（功能）划分的多个机器级组成的层次结构。
2、计算机系统结构的层次结构由高到低分别为（应用语言机器级，高级语言机器级，汇编语言机器级，操作系统机器级，传统机器语言机器级，微程序机器级）。
3、应用程序语言经（应用程序包）的（翻译）成高级语言程序。
4、高级语言程序经（编译程序）的（翻译）成汇编语言程序。
5、汇编语言程序经（汇编程序）的（翻译）成机器语言程序。
6、在操作系统机器级，一般用机器语言程序（解释）作业控制语句。
7、传统机器语言机器级，是用（微指令程序）来（解释）机器指令。
8、微指令由（硬件）直接执行。
9、在计算机系统结构的层次结构中，机器被定义为（能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构）的集合体。
10、目前M0由（硬件）实现，M1用（微程序（固件））实现，M2到M5大多用（软件）实现。
以（软件）为主实现的机器成为虚拟机。
（虚拟机）不一定全用软件实现，有些操作也可用（固件或硬件）实现。
11、透明指的是（客观存在的事物或属性从某个角度看不到），它带来的好处是（简化某级的设计)，带来的不利是（无法控制）。
12、计算机系统结构也称（计算机体系结构），指的是（传统机器级的系统结构）。
它是（软件和硬件/固件）的交界面，是机器语言汇编语言程序设计者或编译程序设计者看到的（机器物理系统）的抽象。
13、计算机组成指的是（计算机系统结构的逻辑实现），包括（机器级内的数据流和控制流）的组成逻辑设计等。
计算机实现指的是（计算机组成的物理实现），它着眼于（器件）技术和（微组装）技术。
14、确定指令系统中是否要设乘法指令属于（计算机系统结构），乘法指令是用专门的高速乘法器实现还是用加法器实现属于（计算机组成），乘法器和加法-移位器的物理实现属于（计算机实现）。
15、主存容量与编址方式的确定属于（计算机系统结构），主存是否采用多体交叉属于（计算机组成），主存器件的选定属于（计算机实现）。
简述计算机系统的结构
简述计算机系统的结构
计算机系统的结构可以分为以下几个层次：
1. 硬件层：计算机系统的物理设备，包括处理器、内存、硬盘、输入设备和输出设备等。
2. 操作系统层：管理计算机硬件资源的软件，提供文件管理、进程管理、设备管理等基本功能。
3. 应用软件层：运行在操作系统之上的软件，包括办公软件、游戏、浏览器等。
4. 用户界面层：用户与计算机系统交互的接口，包括命令行界面、图形用户界面等。
5. 网络通信层：支持计算机系统之间的通信和数据交换，包括网络协议、通信接口等。
这些层次之间相互协作，共同构成了一个完整的计算机系统。
其中，硬件层是计算机系统的基础，操作系统层是计算机系统的核心，应用软件层是计算机系统
的功能体现，用户界面层是计算机系统与用户之间的桥梁，网络通信层则是计算机系统与外部世界之间的联系纽带。
名词解释计算机系统结构
名词解释计算机系统结构名词解释计算机系统结构计算机系统是由多个不同层次的硬件与软件组成的复杂系统，在计算机系统中系统结构则是其中最为重要的一个方面。
本文将从五个不同方面来对计算机系统结构进行解释。
一、计算机系统结构的概念计算机系统结构是指计算机硬件组成与指令集架构的综合，是计算机整体结构的描述和安排布局，描述了计算机硬件和系统软件之间的关系，包括计算机的各个硬件模块之间的互连方式，体现了计算机硬件的层次结构。
二、计算机系统结构的层次结构计算机系统结构可根据功能和层次分为五层：计算机客户层、操作系统层、编译器与解释器层、核心服务与系统程序层、计算机硬件层。
三、计算机系统结构的硬件构成计算机系统的硬件构成主要包括：输入输出设备、存储器、中央处理器、总线、控制器等。
其中，中央处理器（CPU）是计算机系统关键的硬件部件，它集成了算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)、寄存器等模块。
四、计算机系统结构的指令集分类指令集打破了不同计算机之间的语言障碍，为计算机添加新指令的同时也为计算机的应用程序提供了更多的选择，指令集的分类主要有以下几种：复杂指令集（CISC）、精简指令集（RISC）、超标量指令集（VLIW）、显式并行指令集（EPIC）等。
五、计算机系统结构的发展趋势计算机的不断发展带来了计算机系统结构的变革，目前计算机系统结构的发展主要在以下几个方向：并行考虑（多核）、强化数据cache技术、多线程技术、仿真和虚拟化技术、服务器集成、存储系统优化和功能性加强等。
总结：计算机系统结构是硬件和软件之间的紧密结合，它使得不同的硬件可以协同工作，不同软件可以相互兼容。
理解计算机系统结构对于计算机专业人员来说非常重要，只有通过深入的研究与学习，才能在未来的事业道路中有更优秀的表现。
计算机系统的多级层次结构
计算机系统的多级层次结构计算机系统是由硬件和软件两部分组成的，硬件指的是计算机的物理部分，包括计算机主机、外围设备等；而软件指的是计算机内部的程序和指令，包括操作系统、应用软件等。
为了使计算机系统运行更加高效，计算机系统被设计成了多级层次结构。
第一层次：硬件层次。
这一层次是计算机系统最底层的结构，包括计算机主机、外围设备等。
计算机主机是计算机的核心，它包括中央处理器、内存、硬盘、显卡等，负责处理所有的数据和指令。
外围设备包括键盘、鼠标、打印机等，用来向计算机主机输入或输出数据。
第二层次：操作系统层次。
操作系统是计算机系统的核心软件，它控制着计算机的所有硬件和软件资源。
操作系统有多种类型，如Windows、Linux、Unix等，它们对用户和软件提供了接口，让用户和软件可以与计算机进行交互和操作。
第三层次：高级语言层次。
高级语言是计算机程序员用来编写程序和指令的语言，如Java、C++、Python等。
高级语言比机器语言和汇编语言更加容易理解和编写，程序员使用高级语言编写程序，然后将程序交给编译器转换成机器语言。
第四层次：应用程序层次。
这一层次包括各种各样的应用软件，如文字处理软件、图像处理软件、音视频播放软件等。
应用软件是用户可以直接使用的软件，用户可以利用它们完成各种各样的任务。
在多级层次结构中，每个层次都依赖于下一层次的结构，同时也提供接口供下一层次进行调用。
这样设计的目的是使计算机的各个部分能够协同工作，从而实现更加高效和稳定的计算机系统运行。
总之，计算机系统的多级层次结构是将各个部分有机地联系在一起，是计算机系统能够高效、稳定地运行的重要保障。
在计算机系统的发展过程中，多级层次结构不断完善和改进，带来了更加稳定、高效的计算机系统。
计算机系统层次结构
计算机系统层次结构
计算机系统由硬件和软件两大部分所构成，而如果按功能再细分，可分为7层（如图所示）。
第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。
第一级是微程序级。
这级的机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序，一般是直接由硬件直接执行的。
第二级是传统机器级，这级的机器语言是该机的指令集，程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。
第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另一方面它又是传统机器的延伸。
第四级是汇编语言级，这级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。
第五级是高级语言级，这集的机器语言就是各种高级语言，通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。
第六级是应用语言级，这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的，因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。
把计算机系统按功能分为多级层次结构，就是有利于正确理解计算机系统的工作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作用。
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计算机系统结构-复习笔记
第一章概论
本章重点：计算机系统的层次结构、计算机系统结构的定义、计算机系统的设计思路、系统结构并行性开发的方法和计算机系统的分类。
本章难点：透明性分析。
复习建议：本章在历年考试中，为必考的章节，但一般考察基本概念和基本知识;从题型来讲主要为单项选择题和填空题。
建议学员在复习时注意基本概念的理解和掌握。
第一节计算机系统的多级层次结构
一、计算机系统的层次
(1)从使用语言的角度，计算机系统可以被看成是按功能划分的多层机器级所组成的层次结构。
层次结构由高到低依次为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级，如图所示。
(2)对各级机器级的理解。
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计算机系统的层次结构
1.01计算机系统的层次结构
1.02透明性的概念：本来存在的事物或特性从某个角度看去好像不存在。
这里指使用者可以不了解的知识。
1.03计算机组成：计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部的数据流的组成以及逻辑设计等。
1.04计算机实现：是指计算机组成的物理实现。
包括具体的逻辑电路设计和封装技术。
1.05指令流：机器执行的指令序列。
数据流：由指令调用的数据序列
1.6 Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占用总执行时间的比例有关。
1.7程序的时间局部性：最近访问过的内容很可
能即将被再次使用；
程序的空间局部性：地址临近的内容可能在一定时间内被连续使用
1.8系统结构的评价标准：性能、成本
1.9冯诺依曼体系结构的特点：机器以运算器为中心；采用存储程序的原理；存储器按照地址访问，存储空间线性编址每个存储单元的位数相同并固定；控制流由指令流产生
输入输出的方式:DMA、I/O处理机、程序控制2.01 RISC的定义与特点:RISC的设计是力争一个最小化的指令集，每条指令只执行一个基本的计算，复杂的运算由基本指令构成的子程序来完成。
大多数指令在单周期内完成（采用流水机制）
LOAD/STORE结构
硬布线控制逻辑
减少指令和寻址方式的种类
固定的指令格式
注重编译的优化
CISC的定义与特点:增强指令功能，把越来越多的功能交由硬件来实现，并且指令的数量也是
越来越多。
2.02 RISC关键技术--延时转移技术，指令取消技术，重叠寄存器窗口技术，指令流调整技术，以硬件为主固件为辅。
2.3数据表示是指计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的那些数据类型
数据结构是面向系统软件、应用领域所与需要处理的各种数据类型，研究这些数据类型的逻辑结构和物理结构之间的关系，并给出相应算法。
2.4高位交叉编址：主要用来扩大存储器容量；低位交叉编址：主要是提高存储器速度
2.5对指令系统的基本要求:完整性、规整性、正交性、高效率、兼容性
2.6通用计算机系统的5类基本指令：
数据传送类指令\运算类指令\程序控制指令\输入输出指令\处理机控制和调试指令
3.1存储系统:两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件、或软件与硬件相结合的方法连接起来成为一个存储系统。
3.2虚拟存储器系统：对应用程序员透明Cache 存储系统：对系统程序员以上均透明
3.3存储器的主要性能：速度、容量、价格
3.4提高存储系统速度的两条途径:提高命中率
H \两个存储器的速度不要相差太大
3.5解决存储器频带平衡方法:多个存储器并行工作\设置各种缓冲存储器\ 采用存储系统
3.6虚拟存储器是一种存储器共享技术，将物理存储器分块并分配给不同的进程使用。
3.6地址映象：把虚拟地址空间映象到主存地址空间
地址变换：程序运行时将虚拟地址变换成主存实地址
3.7三种地址空间：虚拟地址空间，主存储器地址空间，辅存地址空间
3.8写操作的实现思路？写直达法、写回法
3.9地址映像与变换的方法：全相联映象主存中的任一块可以被放置到Cache中的任意一个位置。
特点：空间利用率最高，冲突概率最低，实现最复杂。
直接映象：主存中的每一块只能被放置到Cache 中唯一的一个位置。
特点：空间利用率最低，冲突概率最高，实现最简单。
组相联映象方式：按同样大小将Cache和主存分成块、再化成组。
优点：块的冲突概率比较低、块的利用率大幅度提高、块失效率明显降低
组相联映象方式的缺点：实现难度和造价要比直接映象方式高
3.10评价页面替换算法好坏的标准：一是命中率要高、二是算法要容易实现
页面调度方式与命中率的关系：请求式、预取式3.11提高Cache的性能：提高命中率、减少不命中开销、减少命中时间
3.12提高命中率：增加块大小、增加Cache容量、提高相联度、
设置牺牲Cache
4.1 I/O系统：包括I/O设备以及I/O设备与处理机的连接。
4.2系统响应时间：由两部分构成：I/O系统的响应时间与CPU的处理时间
4.3多进程技术只能够提高系统吞吐率，并不能够减少系统响应时间。
4.4输入输出系统的特点:异步性\实时性\与设备无关性
4.5程序控制方式（状态驱动、应答、查询、条件驱动）：(1)何时对何设备进行输入输出操作受
传送的数据量。
所用单位一般为B/s。
4.10让未被相应的通道被响应：增加通道的最大工作流量、动态改变设备的优先级、增加缓冲存储器。