计算机系统的四层存储结构

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存储器的层次结构及组成原理

存储器的层次结构及组成原理一、引言存储器是计算机中非常重要的组成部分，它用于存储和读取数据。

随着计算机技术的发展，存储器也在不断地升级和改进。

存储器的层次结构是指不同类型的存储器按照速度、容量和成本等方面的差异被组织成一种层次结构。

本文将介绍存储器的层次结构及其组成原理。

二、存储器的层次结构1. 存储器分类根据存取速度不同，可将存储器分为主存（RAM）、高速缓存（Cache）、二级缓存、三级缓存等多级缓存以及辅助存储器（ROM、磁盘等）。

2. 层次结构主要分为三个层次：CPU内部高速缓冲寄存器（L1 Cache）、CPU外部高速缓冲寄存器（L2 Cache）和主内存（RAM）。

3. 层次结构优点层次结构能够充分利用各种类型的硬件设备，使得计算机系统能够更加高效地运行。

在执行指令时，CPU首先从最快的L1 Cache中查找数据，如果没有找到，则会查找L2 Cache，最后才会查找主内存。

这样的层次结构设计可以大大提高CPU访问数据的速度，减少CPU等待的时间。

三、存储器的组成原理1. 静态随机存取存储器（SRAM）SRAM是一种使用静电场来存储数据的存储器。

它由多个存储单元组成，每个单元由一个触发器和两个传输门组成。

SRAM的读写速度非常快，但是它比较昂贵，并且需要更多的电源。

2. 动态随机访问存储器（DRAM）DRAM是一种使用电容来存储数据的存储器。

它由多个存储单元组成，每个单元由一个电容和一个开关组成。

DRAM比SRAM更便宜，但是读写速度相对较慢。

3. 双倍数据率SDRAM（DDR SDRAM）DDR SDRAM是一种高速内存技术，可以在每个时钟周期传输两次数据。

这使得DDR SDRAM比普通SDRAM更快。

4. 图形双倍数据率SDRAM（GDDR SDRAM）GDDR SDRAM是一种专门为图形处理器设计的高速内存技术。

它具有更高的频率和带宽，适用于处理大量图像和视频数据。

5. 闪存闪存是一种非易失性存储器，可以在断电时保存数据。

计算机的基本组成

计算机的基本组成计算机是一种电子设备，它的功能包括存储、处理和传输信息。

为了更好地理解和使用计算机，我们需要了解它的基本组成。

1、硬件系统计算机的硬件系统是它的物理部分，包括中央处理器（CPU）、存储器（内存和硬盘）、输入/输出设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等）和总线（用于连接各个部件）。

中央处理器是计算机的“大脑”，负责执行程序中的指令并处理数据。

存储器分为内存和硬盘。

内存包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

RAM用于存储运行中的程序和数据，ROM用于存储固件和操作系统。

硬盘是用于长期存储数据的外部存储器。

输入/输出设备允许用户与计算机交互。

键盘和鼠标是最常见的输入设备，而显示器和打印机是最常见的输出设备。

总线是用于连接各个部件的通信通道。

2、软件系统计算机的软件系统是它的程序部分，包括系统软件和应用软件。

系统软件包括操作系统、编译器和数据库管理系统等，它们为应用程序提供了一个运行环境。

应用软件是为特定任务设计的程序，例如办公软件、图像处理软件和游戏等。

3、网络系统现代计算机通常通过互联网与其他计算机连接，形成一个网络。

网络系统包括硬件（如路由器和调制解调器）和软件（如浏览器和电子邮件客户端），这些部件可以帮助用户连接到其他计算机并共享资源。

计算机的基本组成包括硬件系统、软件系统和网络系统。

这些组件协同工作，使计算机成为一种强大的信息处理工具，可以满足我们的工作、学习和娱乐需求。

计算机系统的基本组成计算机系统是一种复杂的电子系统，它由多个不同的部分组成，这些部分协同工作，使计算机能够执行各种任务。

以下是计算机系统的基本组成：1、硬件系统硬件系统是计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器（CPU），内存，硬盘，显卡，声卡，网卡，电源，主板，显示器，键盘，鼠标等。

这些硬件组件通过各种接口和线路连接在一起，形成一个完整的计算机系统。

中央处理器（CPU）是计算机系统的核心，它负责执行程序中的指令，处理数据和执行计算。

计算机系统结构考点总结

计算机系统结构考点总结计算机系统结构是计算机科学与技术领域的重要分支，涉及计算机硬件和软件的组成及其相互关系。

为了帮助大家更好地掌握这一领域的核心知识，本文将针对计算机系统结构的考点进行详细总结。

一、计算机系统结构基本概念1.计算机系统结构的定义及发展历程2.计算机系统结构的分类：冯·诺伊曼结构、哈佛结构、堆栈式结构等3.计算机系统性能指标：指令周期、CPU时钟周期、主频、缓存命中率等二、中央处理器（CPU）1.CPU的组成：算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、寄存器组等2.指令集架构：复杂指令集计算机（CISC）、精简指令集计算机（RISC）3.CPU缓存：一级缓存、二级缓存、三级缓存及其工作原理4.多核处理器：核数、并行计算、线程级并行等三、存储系统1.存储器层次结构：寄存器、缓存、主存储器、辅助存储器等2.主存储器：DRAM、SRAM、ROM等3.磁盘存储器：硬盘、固态硬盘、光盘等4.存储器管理：分页、分段、虚拟存储器等四、输入输出系统1.I/O接口：并行接口、串行接口、USB、PCI等2.I/O设备：键盘、鼠标、显示器、打印机等3.I/O控制方式：程序控制、中断、直接内存访问（DMA）等4.I/O调度策略：先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、扫描算法等五、总线与通信1.总线分类：内部总线、系统总线、I/O总线等2.总线标准：ISA、PCI、PCI Express等3.通信协议：TCP/IP、UDP、串行通信等4.网络拓扑结构：星型、总线型、环型、网状等六、并行计算与分布式系统1.并行计算：向量机、SIMD、MIMD等2.分布式系统：分布式计算、分布式存储、负载均衡等3.并行与分布式编程：OpenMP、MPI、MapReduce等4.并行与分布式算法：排序、搜索、分布式锁等通过以上考点的总结，相信大家对计算机系统结构有了更加全面和深入的了解。

计算机体系结构基本概念

计算机体系结构基本概念计算机体系结构是指计算机系统中的各个组成部分之间的关系和交互方式。

它是计算机硬件与软件之间的接口，决定了计算机系统的工作方式、性能表现以及可扩展性。

本文将介绍计算机体系结构的基本概念和相关内容。

一、计算机体系结构的概述计算机体系结构是指计算机系统的结构组织，包括硬件和软件。

主要由计算机硬件、指令系统、运算方式和数据流组成。

计算机体系结构的目标是提供高性能、可靠性、可扩展性和高效能的计算机系统。

计算机体系结构的设计通常以指令集架构和微架构为基础。

二、指令集架构指令集架构是计算机体系结构中的一个重要概念。

它定义了计算机系统处理信息的方式。

指令集架构包括计算机的指令集、寄存器、数据类型和地址模式等。

根据指令集的不同，可以将计算机体系结构分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。

三、微架构微架构是指计算机体系结构的实现方式。

它包括处理器的内部结构、数据通路、控制流和存储相关的电路设计。

微架构的设计影响着计算机系统的性能和功能。

常见的微架构包括超标量、乱序执行和流水线等。

四、存储结构与存储器层级存储结构是指计算机系统中用于存储数据的层次结构。

存储器层级分为寄存器、高速缓存、内存和辅助存储器等。

不同层级的存储器具有不同的特点，如容量、速度和价格等。

存储结构的设计旨在提高计算机系统的访问速度和运行效率。

五、总线结构总线结构是计算机体系结构中连接各个组件的通信系统。

它包括地址总线、数据总线和控制总线等。

总线结构的设计影响着计算机系统的数据传输速度和可扩展性。

六、并行处理与多核技术并行处理是指多个处理器或计算单元同时执行指令，提高计算机系统的运行速度和性能。

多核技术则是将多个处理核心集成到同一个芯片上，实现并行运算。

并行处理和多核技术在高性能计算、科学计算和图像处理等领域得到广泛应用。

七、虚拟化技术虚拟化技术是指通过软件将计算机资源抽象为多个逻辑实体，实现多个操作系统和应用程序的隔离和共享。

计算机系统层次存储结构

计算机系统层次存储结构当前计算机系统⼀般会采⽤层次结构存储数据，请介绍下典型计算机存储系统⼀般分为哪⼏个层次，为什么采⽤分层存储数据能有效提⾼程序的执⾏效率？答：所谓存储系统的层次结构，就是把各种不同存储容量，存取速度和价格的存储器按照层次结构组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬件有机的组合成为⼀个整体，使所存放的程序和数据按照层次分布在各种存储器中。

⽬前，在计算机系统中通常采⽤三级层次结构来构成存储系统，主要是由⾼速缓冲存储器cache，主存储器，和辅助存储器组成。

存储系统多级层次结构中，由上向下分为三级，其容量逐渐增⼤，速度逐渐降低，成本则逐次减少。

整个结构⼜可以看成两个层次：他们分别是主存---辅存层次和Cache---主存层次。

这个层次系统中的每⼀种存储器都不再是孤⽴的存储器，⽽是⼀个有机的整体。

他们在辅助硬件和计算机操作系统的管理下，可以把主存--辅存层次作为⼀个存储整体，形成的可寻存储空间⽐主存储器空间⼤得多。

由于辅存的容量⼤，价格低，是的存储系统的整体平均价格低。

由于Cache的存取速度可以喝cpu的⼯作速度相媲美，所以cache--主存层次可以缩⼩主存和cpu 之间的速度差距，从整体上提⾼存储器系统的存取速度。

尽管cache成本⾼，但是由于容量⼩，故不会使存储系统的整体价格增加。

综上所述，⼀个较⼤的存储系统是由各种不同类型的存储设备构成的，是⼀个具有多级层次结构的存储系统。

该系统既有与cpu相近的速度，⼜有极⼤的容量，⽽且成本较低。

其中⾼速缓存解决了存储系统的速度问题，辅助存储器则解决了系统的容量问题。

采⽤多级层次结构的存储器可以有效的解决存储器的速度，容量，价格之间的⽭盾。

计算机内存管理基础知识

计算机内存管理基础知识一、前言学妹刚上大学，问我计算机内存知识需要了解么？我当场就是傻瓜警告，于是就有了这篇文章。

为什么要去了解内存知识？因为它是计算机操作系统中的核心功能之一，各高级语言在进行内存的使用和管理上，无一不依托于此底层实现，比如我们熟悉的Java内存模型。

最近几篇文章学习操作系统的内存管理后，喜欢底层的同学可以去学习CPU结构、机器语言指令和程序执行相关的知识，而看重实用性的同学后续学习多进程多线程和数据一致性时，可以有更深刻的理解。

二、冯•诺伊曼结构1、早期计算机结构在冯•诺依曼结构提出之前的计算机，是一种计算机只能完成一种功能，编辑好的程序是直接集成在计算机电路中，例如一个计算器仅有固定的数学计算程序，它不能拿来当作文字处理软件，更不能拿来玩游戏。

若想要改变此机器的程序，你必须更改线路、更改结构甚至重新设计此计算机。

简单来说，早期的计算机是来执行一个事先集成在电路板上的某一特定的程序，一旦需要修改程序功能，就要重新组装电路板，所以早期的计算机程序是硬件化的。

2、理论提出1945年，冯•诺依曼由于在曼哈顿工程中需要大量的运算，从而使用了当时最先进的两台计算机Mark I和ENIAC,在使用Mark I和ENIAC的过程中，他意识到了存储程序的重要性，从而提出了“存储程序”的计算机设计理念，即将计算机指令进行编码后存储在计算机的存储器中，需要的时候可以顺序地执行程序代码，从而控制计算机运行，这就是冯.诺依曼计算机体系的开端。

这是对计算机发展有深刻意义的重要理论，从此我们开始将程序和数据一样看待，程序也在存储器中读取，这样计算机就可以不单单只能运行事先编辑集成在电路板上的程序了，程序由此脱离硬件变为可编程的了，而后诞生程序员这个职业。

关于冯・诺依曼这位大神，值得单独开一篇文章来聊聊。

3、五大部件冯诺依曼计算机体系结构如下：数据流一》指令流-A 控制流---►img冯•诺依曼结构用极高的抽象描述了计算器的五大部件，以及程序执行时数据和指令的流转过程。

西安电子科技大学_计算机组成与体系结构_第4章存储系统_课件PPT

的时间一样。
存取方式读写功能
随机读写：RAM 顺序(串行)访问：
顺序存取存储器 SAM 直接存取存储器 DAM
12
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质
在计算机中的用途
存放信息的易失(挥发)性
存取方式读写功能
读写存储器只读存储器
13
存储信息的介质
在计算机中的用途存放信息的易失(挥发)性存取方式读写功能
易失：RAM 非易失：
ROM 磁盘
……
11
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质在计算机中的用途存放信息的易失(挥发)性
存储器的存取时间与存储单元的物理地址无关，随机读写其任一单元所用
无
36
8086系统总线
D0～D7
A1～A13 MEMR MEMW
A0
D8～D15 A1～A13 MEMR MEMW
BHE
&
A19
A18
A17
&
A16 A15 A14
6264与8086系统总线的连接
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
74LS138
每次读出/写入的字节数存取周期
价格
体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件
14
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器的性能指标
容量速度可靠性
可维修部件的可靠性：平均故障间隔时间（MTBF）

计算机系统组成是什么

计算机系统组成是什么计算机系统是如何组成的计算机系统是由多个不同组件、部件和技术构成的复杂系统。

每个组件都有特定的功能和目的，合在一起形成了一个完整的计算机系统。

计算机系统的组成主要包括以下几个方面：中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备、操作系统和应用软件。

1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机系统的核心，负责执行程序和处理数据。

它通常由控制单元和算术逻辑单元组成。

控制单元负责指挥和协调系统的各个部件，实现程序的顺序执行，而算术逻辑单元则负责执行算术和逻辑运算。

2. 存储器：存储器用于存储数据和程序。

计算机存储器层次结构分为主存储器和辅助存储器。

主存储器通常是使用半导体材料制造的随机访问存储器（RAM），用于存储当前正在运行的程序和处理的数据。

而辅助存储器（如硬盘、固态硬盘和光盘等）则用于长期存储数据和程序。

3. 输入输出设备：输入输出设备用于与外部世界进行交互。

常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪和摄像头等，用于将数据和命令输入到计算机系统中。

而输出设备如显示器、打印机和音频设备等则用于将计算机系统处理的结果反馈给用户。

4. 操作系统：操作系统是计算机系统的核心软件，它协调和管理计算机系统的各个硬件和软件资源。

操作系统负责分配CPU时间、内存管理、文件系统管理、设备管理和用户接口等。

常见的操作系统包括Windows、macOS和Linux等。

5. 应用软件：应用软件是用户使用计算机系统解决问题和完成工作的工具。

它包括各种办公软件、娱乐软件、图形设计软件、数据库管理软件等。

应用软件使用户能够利用计算机系统的功能实现各种任务和目标。

计算机系统的组成是一个相互协作的整体。

中央处理器通过存储器获取指令和数据进行处理，然后将结果输出到输出设备中显示给用户。

操作系统负责管理各个组件的资源和协调他们之间的通信。

应用软件则建立在操作系统之上，充分利用计算机系统的硬件和操作系统提供的功能。

另外，计算机系统的组成还涉及到计算机体系结构、总线技术、输入输出控制等方面。

计算机系统结构自考笔记

计算机系统结构自考笔记一、计算机系统结构概述。

1. 计算机系统的层次结构。

- 从底层到高层：硬件、操作系统、系统软件、应用软件。

- 各层次的功能及相互关系。

例如，硬件为软件提供运行平台，软件控制硬件资源的使用等。

2. 计算机系统结构的定义。

- 经典定义：程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。

- 包括指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机制等方面的属性。

3. 计算机系统结构的分类。

- 按指令流和数据流的多倍性分类。

- 单指令流单数据流（SISD）：传统的单处理器计算机。

- 单指令流多数据流（SIMD）：如阵列处理机，适合进行数据并行处理。

- 多指令流单数据流（MISD）：较少见的结构。

- 多指令流多数据流（MIMD）：多处理器系统，如对称多处理机（SMP）。

- 按存储程序原理分类。

- 冯·诺依曼结构：程序和数据存储在同一存储器中，按地址访问。

- 哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的地址空间。

二、数据表示与指令系统。

1. 数据表示。

- 数据类型。

- 数值型数据（整数、浮点数）：不同的表示格式，如定点数的原码、反码、补码表示；浮点数的IEEE 754标准表示。

- 非数值型数据（字符、字符串、逻辑数据等）。

- 数据的存储方式。

- 大端存储与小端存储：大端存储是高位字节存于低地址，小端存储是低位字节存于低地址。

2. 指令系统。

- 指令格式。

- 操作码：表示指令的操作类型，如加法、减法等操作。

- 地址码：指出操作数的地址或操作数本身。

有零地址、一地址、二地址、三地址等指令格式，每种格式的特点及适用场景。

- 指令类型。

- 数据传送指令：在寄存器、存储器等之间传送数据。

- 算术运算指令：加、减、乘、除等运算。

- 逻辑运算指令：与、或、非等逻辑操作。

- 控制转移指令：如无条件转移、条件转移、子程序调用与返回等，用于改变程序的执行顺序。

三、存储系统。

1. 存储器层次结构。

- 高速缓冲存储器（Cache） - 主存储器 - 辅助存储器的层次结构。

现代计算机软件系统的层次结构

现代计算机软件系统的层次结构
现代计算机软件系统的层次结构主要分为四个层次：应用层、服务层、操作系统层和硬件层。

应用层是软件系统的最顶层，它包括了各种应用软件，如办公软件、娱乐软件和数据库软件等。

应用层的主要功能是为用户提供各种实用的功能。

应用层的开发需要了解用户需求，并将其转化为具体的软件功能，以满足用户的需求。

服务层位于应用层之下，它提供了一系列的服务和功能给应用层使用。

其中最重要的服务是网络服务，通过网络服务，应用层可以与其他计算机进行通信，实现各种功能。

此外，服务层还包括数据存储、安全性、身份验证和事务管理等功能。

服务层的开发需要管理各种服务和实现服务与应用层的接口。

操作系统层位于服务层之下，它是计算机系统的核心。

操作系统层负责管理计算机的硬件资源和提供基本的服务，如进程管理、内存管理、文件系统和设备驱动程序等。

操作系统层的开发需要深入了解计算机体系结构和硬件资源的管理方式，以保证系统的性能和稳定性。

硬件层是计算机软件系统的最底层，它包括了计算机的物理硬件，如中央处理器、内存、硬盘和输入输出设备等。

硬件层提供了计算和存储的基本能力，为上层软件提供必要的支持。

总结来说，现代计算机软件系统的层次结构包括应用层、服务层、操作系统层和硬件层。

这种层次结构的设计能够使不同层次的软件模块分开开发和维护，提高了系统的可扩展性和可维护性。

不同层次之间的协作和交互也使得软件系统能够高效地运行和提供各种功能。

计算机体系结构

计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。

以下是一些主要的知识点：
1. 存储程序计算机（冯诺依曼型）：这种类型的计算机包括运算器、存储器、输入输出设备和控制器四部分。

它以运算器为中心，采用存储程序原理，即程序（指令）和数据放在同一存储器中。

此外，存储器按地址访问，控制流由指令流产生，指令由操作码和地址码组成，数据以二进制代码表示。

2. 程序员所看到的机器属性：这包括数据表示，即硬件能直接辨认和处理的数据类型；寻址规则，包括最小寻址单元，寻址方式及其表示；寄存器定义，包括各种寄存器的定义，数量和使用方式。

3. 指令系统：指令系统是计算机中用来计算和控制的命令集合。

4. 流水线技术：这是一种提高处理器执行指令速度的技术，将指令执行过程分解为多个阶段，并让各阶段的操作重叠进行。

5. 存储层次：存储层次是指把内存划分为不同的等级，以满足不同的存储需求。

6. 输入输出系统：这是负责计算机与外部信息交互的部分。

7. 多处理机和非冯-洛依曼型计算机：这些是计算机体系结构中的高级主题。

计算机体系结构的基础知识

计算机体系结构的基础知识计算机体系结构是计算机科学的核心概念之一，它描述了计算机硬件和软件之间的关系，以及数据在计算机中的处理方式。

本文将介绍计算机体系结构的基础知识，包括计算机硬件组成、指令集架构和存储体系结构等方面。

一、计算机硬件组成计算机硬件是构成计算机体系结构的基本组成部分，主要包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备和存储设备等。

中央处理器是计算机的核心，负责执行指令和进行数据处理。

内存是计算机的临时存储器，用于存放程序和数据。

输入输出设备用于和外部环境进行数据交互。

存储设备用于长期保存程序和数据。

二、指令集架构（ISA）指令集架构是计算机硬件和软件之间的接口规范，定义了硬件对软件提供的指令集。

指令集架构分为两种类型：复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。

CISC架构的指令集较为复杂，一条指令可以完成多个操作，而RISC架构的指令集较为简单，每条指令只能完成一个操作。

三、存储体系结构存储体系结构是指计算机中用于存储程序和数据的组织方式。

常见的存储体系结构包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。

冯·诺依曼体系结构将指令和数据存储在同一个存储器中，而哈佛体系结构则将指令和数据分开存储在不同的存储器中。

四、并行处理并行处理是指同时进行多个任务或操作的计算方式，可以提高计算机的处理能力。

常见的并行处理方式包括向量处理、多处理器和多核处理器等。

向量处理将一组数据作为一个向量进行操作，多处理器同时执行不同的任务，而多核处理器则将多个处理器集成在一个芯片上。

五、存储器层次结构存储器层次结构描述了不同速度和容量的存储器之间的关系，从高速缓存到主存再到辅助存储器。

高速缓存是位于CPU内部的小容量、速度较快的存储器，主要用于缓存CPU频繁使用的数据和指令。

主存是存放程序和数据的主要存储器，辅助存储器是存放大容量数据和程序的外部存储器。

六、总线结构总线结构是计算机中用于数据传输的通信系统，将不同组件之间的数据进行传送。

计算机系统结构与组成了解计算机的层次结构和各个组成部分的功能与相互关系

计算机系统结构与组成了解计算机的层次结构和各个组成部分的功能与相互关系计算机系统结构与组成：了解计算机的层次结构和各个组成部分的功能与相互关系计算机系统是由硬件和软件两部分组成的，它们共同实现计算、控制、存储和输入/输出等功能。

在这个系统中，计算机的层次结构和各个组成部分具有紧密的功能联系和相互依赖关系，下面将介绍计算机系统结构的层次和各个组成部分的功能。

一、计算机系统结构的层次计算机系统结构可以划分为五个层次：硬件层、微程序层、指令系统层、操作系统层和应用层。

1. 硬件层：硬件层包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等，它们是计算机系统的基本组成部分，负责数据的处理和信息的存储。

2. 微程序层：微程序层主要包括微操作和微指令，它们是控制中央处理器工作的关键，通过微指令的执行来完成指令的解码和执行操作。

3. 指令系统层：指令系统层包括指令格式、寻址方式、指令集等，它规定了计算机的指令集和指令执行的方式，为高级语言提供了底层支持。

调计算机硬件和软件资源，提供用户与计算机系统之间的接口，为应用程序提供服务。

5. 应用层：应用层是计算机系统的最上层，包括各种应用软件（如文字处理、电子表格、数据库等），它们通过操作系统层来实现与底层硬件的交互。

二、计算机系统各部分的功能与相互关系1. 中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心，它负责进行算术逻辑运算、控制计算机的工作流程和解释执行指令等。

CPU由运算器和控制器组成，其中运算器负责进行算术和逻辑运算，控制器负责指令的解码和执行。

2. 存储器：存储器用于存储数据和程序，包括主存储器（例如RAM）和辅助存储器（例如硬盘、光盘等）。

主存储器是CPU直接访问的存储空间，而辅助存储器用于长期存储和备份数据。

3. 输入输出设备：输入设备用于将外部数据输入到计算机系统中，如键盘、鼠标等；输出设备则用于将计算机处理的结果输出到外部，如显示器、打印机等。

输入输出设备与计算机系统通过接口进行数据传输和控制操作。

计算机存储体系结构的层次、特点和目的

计算机存储体系结构的层次、特点和目的计算机存储体系结构是指计算机中各种存储介质之间的组织结构和层次关系。

它是计算机系统中非常重要的一部分，涉及到数据的存储、读取和处理等方面。

计算机存储体系结构的层次、特点和目的主要有以下几个方面。

1. 层次结构：计算机存储体系结构按照存储介质的性能和容量特点，划分为不同的层次。

通常分为主存储器、辅助存储器和高速缓存三个层次。

主存储器是计算机中最接近CPU的存储介质，其特点是容量较小但读写速度快，常用的有内存和寄存器。

辅助存储器是用于长期存储数据和程序的介质，其容量大但读写速度相对较慢，常用的有硬盘、光盘等。

高速缓存是介于主存储器和CPU之间的存储介质，其容量较小但读写速度非常快，常用的有一级缓存和二级缓存。

2. 特点：计算机存储体系结构的特点主要体现在以下几个方面。

层次结构的特点使得存储介质在不同层次间可以相互补充，高层次的存储介质可以缓解低层次的存储介质容量不足的问题，而低层次的存储介质又可以提供更快的访问速度。

存储体系结构的特点使得计算机系统可以根据实际需求进行灵活配置。

不同的存储介质可以根据其特点和成本来选择，从而平衡系统的性能和成本。

存储体系结构的特点还包括可扩展性和可靠性。

可以根据需要增加或替换存储介质，从而提高系统的容量和可靠性。

存储体系结构还具有访问速度和成本之间的折中。

高速存储介质通常成本较高，而容量较小；而低速存储介质通常成本较低，但容量较大。

3. 目的：计算机存储体系结构的目的主要有以下几个方面。

存储体系结构的目的是为了提高计算机系统的性能。

通过将存储介质划分为不同的层次，可以根据其性能特点来提高系统的整体性能。

存储体系结构的目的是为了提供足够的存储容量。

不同的存储介质可以提供不同的存储容量，从而满足不同应用的需求。

存储体系结构的目的是为了提供可靠的数据存储。

通过将数据存储在不同的存储介质中，可以提高数据的可靠性和安全性。

存储体系结构的目的还包括提供较低的成本。

计算机体系结构

第一章1、计算机系统多级层次结构从高到低：（6级）应用程序计算机、高级语言、汇编语言、操作系统、机器语言、微机程序控制、（0级）硬联逻辑计算机。

第0级由硬件实现，第1级由微程序（固件）实现，2—6级机器由软件实现。

2、透明性现象：一种本来存在的有差异的事物或属性，从某种角度来看似乎不再存在。

3、计算机组成是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。

4、计算机系统结构是计算机系统的软、硬件的界面；系统结构、组成和实现所包含的具体内容第随不同机器而变化的，且三者之间的界限越来越模糊。

5、系统结构分类①按“流”分：SISD单指令流单数据流，SIMD单指令流多数据流，MISD多指令流单数据流，MIMD多指令流多数据流。

Flynn分类法：按指令流（机器执行的指令序列）和数据流（指令流调用的数据序列，include输入数据和中间结果）的多倍性（指在系统最受限制的原件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数）概念进行分类。

缺点：对于标量及向量流水计算机应属于哪一类系统，不是很明确。

②按“并行级”和“流水线”分类：程序控制部件PCU的个数是K，算术逻辑部件ALU/处理部件PE的个数是d，每个ALU包含基本逻辑线路ELC 的套数是w。

T系统型号=（k，d，w）。

③按“并行度”分类：WSBS字串位串，WPBS字并位串，WSBP字串位并，WPBP字并位并。

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取决于这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例。

实际上定义了加快某部分功能处理后，整个系统所获得的性能改进或执行时间的加速比的大小。

加速比与两个因素有关：一是计算机执行某个人物的总时间中可被改进部分的时间所占的百分比，Fe=可改进部分占用的时间/改进前整个任务的执行时间，它总小于1；二是改进部分采用改进措施后比没有采用改进措施前性能提高倍数，Se=改进前改进部分的执行时间/改进后改进部分的执行时间，它总大于1。

计算机体系结构基础知识概述

计算机体系结构基础知识概述计算机体系结构是计算机学科的基石，它研究计算机组织、功能和操作的结构。

在计算机科学的早期阶段，人们开始探索计算机体系结构的基础知识，并不断推动计算机技术的发展。

本文将对计算机体系结构的基础知识进行概述，包括计算机硬件、指令集体系结构以及存储层次结构等内容。

一、计算机硬件计算机硬件是计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器（CPU）、主存储器、输入输出设备和外部存储器等。

中央处理器是计算机的核心，负责执行指令和处理数据。

主存储器用于存储指令和数据，通过地址线和数据线与CPU进行通信。

输入输出设备用于和外部世界交互，包括键盘、鼠标、显示器等。

外部存储器主要用于长期存储大量数据，如硬盘、光盘等。

二、指令集体系结构指令集体系结构是定义了计算机的指令集和指令执行方式的规范。

它包括指令集的种类、指令的格式以及指令的执行机制等。

常见的指令集体系结构有CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）等。

CISC指令集拥有较多的指令和地址模式，可以在一条指令中完成复杂的操作，但其设计和实现较为复杂。

而RISC指令集则注重简洁和高效，通过减少指令的种类和格式，提高执行效率。

三、存储层次结构存储层次结构是计算机存储器的组织方式，将存储器按照速度、容量和成本进行分层次的组织。

存储层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器等。

寄存器是位于CPU内部的最快的存储器，用于存储指令和数据。

高速缓存是位于CPU和主存之间的一级缓存，用于提高指令和数据的读写速度。

主存是指计算机内存条，用于存储运行中的程序和数据。

辅助存储器则是永久性存储介质，如硬盘、光盘等。

四、计算机体系结构的发展随着计算机技术的发展，计算机体系结构也在不断演进。

早期的计算机体系结构采用冯·诺依曼结构，即将指令和数据存储在同一存储器中，通过程序控制和数据传送来执行指令。

随着技术的发展，出现了多处理器体系结构、向量处理器体系结构和集群计算体系结构等。

简述你对计算机存储系统层次结构的理解

简述你对计算机存储系统层次结构的理解计算机存储系统层次结构是把计算机存储设备分层管理的一种结构，它是一种结构化的方式，将存储器按功能划分成不同层次，使得系统的使用者可以方便地访问所需要的存储资源，而不需要考虑其底层实现。

计算机存储系统层次结构一般可以分为五种不同层次，分别是“硬件层”、“操作系统层”、“文件管理系统层”、“应用程序层”和“应用数据层”。

硬件层是计算机存储系统的最底层，它由计算机的硬件设备构成，包括中央处理器、内存以及存储设备等等，它们负责存取操作以及处理数据。

接着是操作系统层，它为用户提供访问和操作硬件设备的接口，使得用户可以更方便地操作设备，而不必关心设备本身的内部细节。

下一层是文件管理系统层，它负责把用户的输入文件存储在硬件设备上，也就是我们常说的文件存储，以及对文件进行管理，比如将文件保存在特定的文件夹中，以方便用户查找等等，使得用户能够更加方便地进行文件的存取操作。

接下来是应用程序层，它是一种可视化的界面，可以使用户更加便捷地使用计算机，一般来说，应用程序层提供了一系列可执行的程序，用户可以根据自己的需求进行选择，从而使得用户可以更加便捷地进行工作。

最后一层是应用数据层，它提供了用户可以使用的特定应用数据，这些数据可以帮助用户更加方便地完成工作。

计算机存储系统层次结构具有许多优点，最主要的是可以有效的提高计算机的存储效率。

因为将存储资源分层管理，使得用户能够更快速地定位所需要的数据，从而提高系统的性能，另外，将存储空间划分不同层次，可以有效满足用户的不同需求，从而使得计算机存储空间得到最大化的利用。

综上所述，计算机存储系统层次结构是将计算机存储设备按功能划分成不同层次的一种结构，它可以有效的提高计算机的存储效率，满足用户的不同需求，让用户可以更加方便的访问所需要的资源，同时也方便进行文件的存取操作。

只要系统管理者能够合理的采用计算机存储系统层次结构，就可以使得计算机系统得到最大化的发挥。

高级计算机系统结构部分知识点整理

高级计算机系统结构部分知识点整理高级计算机系统结构是指计算机系统中更高级别的部分，可以包括处理器架构、内存系统、输入输出系统等。

以下是高级计算机系统结构部分的知识点整理：一、处理器架构1. 处理器分类：微处理器、多核处理器、超级处理器等。

2. 处理器主频与性能关系：频率提高时，单指令性能会有所提高，但不会线性增加。

3. 处理器指令集：CISC和RISC指令集。

RISC指令集一般具有固定长度和简单的指令格式，可以提高指令执行速度。

4. 处理器缓存：一级缓存（L1）、二级缓存（L2）、三级缓存（L3）等。

缓存可以提高处理器的效率。

5. 处理器流水线：将指令分为不同的阶段，分别执行，提高处理器的工作效率。

二、内存系统1. 存储器分类：主存（RAM）、辅存（硬盘、闪存、光盘等）。

2. 存储器层次结构：寄存器、缓存、主存、辅存。

3. 存储器访问方式：随机存储、顺序存储、直接存储等。

4. 存储器读写速度：主存比较快，辅存比较慢。

5. 存储器的容量和价格：容量和价格成反比，随着技术不断升级，存储器的容量在不断增加，价格在不断降低。

三、输入输出系统1. 输入输出设备的分类：字符型设备（鼠标、键盘）、块型设备（硬盘、光盘）、串行设备（打印机）。

2. 输入输出接口：串行接口（RS-232）、并行接口（USB、IDE）。

3. 设备驱动程序：用于设备与操作系统之间进行通信。

4. DMA控制器：可以控制数据在设备和内存之间的传输，提高I/O性能。

四、操作系统1. 操作系统的功能：管理计算机的硬件和软件资源，提供系统调用接口，管理进程、内存、文件系统、网络等。

2. 操作系统的类型：单用户单任务系统、单用户多任务系统、多用户多任务系统。

3. 进程管理：包括进程调度、进程通信、进程同步等。

4. 存储器管理：包括虚拟内存、页面置换等。

5. 文件系统管理：包括文件的创建、读取、写入和删除等。

以上是高级计算机系统结构部分的知识点整理，了解这些知识点可以更好地理解计算机的工作原理，从而提高对计算机系统的使用和维护能力。