2.计算机系统是什么？如何理解其多级层次结构？
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。
计算机系统概述习题及答案
计算机系统概述习题及答案计算机系统概述习题及答案计算机系统是现代社会中不可或缺的一部分，它的发展和应用已经深入到各个领域。
为了更好地理解计算机系统的基本概念和原理，我们可以通过习题来加深对相关知识的理解。
下面将提供一些计算机系统概述的习题及答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是计算机系统？它由哪些主要组成部分构成？计算机系统是由硬件和软件组成的，用于处理和存储信息的系统。
它由以下主要组成部分构成：- 中央处理器（CPU）：负责执行计算机指令和处理数据。
- 存储器：用于存储程序和数据。
- 输入设备：用于将外部信息输入到计算机系统中。
- 输出设备：用于将计算机处理后的信息输出。
- 控制器：管理计算机系统的各个组件之间的通信和协调。
2. 解释计算机系统的五大组成部分。
计算机系统的五大组成部分分别是硬件、操作系统、应用软件、用户和数据。
硬件包括计算机的物理组件，如中央处理器、存储器、输入输出设备等。
操作系统是计算机系统的核心，负责管理和控制计算机的各个硬件和软件资源。
应用软件是用户通过计算机系统进行各种任务和操作的工具。
用户是计算机系统的最终使用者，他们通过操作系统和应用软件来完成自己的任务。
数据是计算机系统中的重要组成部分，它是计算机系统进行处理和存储的基本单位。
3. 什么是计算机的指令集架构（ISA）？计算机的指令集架构（ISA）是一种定义了计算机体系结构和指令集的规范。
它定义了计算机的指令集、寄存器、内存模型和外部设备接口等。
ISA对于计算机硬件和软件之间的交互起着重要的作用，它决定了计算机系统的指令格式、寻址方式和操作方式等。
4. 解释冯·诺依曼体系结构。
冯·诺依曼体系结构是一种基于存储程序的计算机体系结构。
它由冯·诺依曼在20世纪40年代提出，被广泛应用于现代计算机系统中。
冯·诺依曼体系结构的特点包括：存储程序、存储器和处理器的分离、指令和数据以二进制形式存储、以及顺序执行指令等。
论述计算机层次结构与计算机专业主要课程
论述计算机层次结构与计算机专业主要课程计算机层次结构是指计算机系统按照不同层次划分的组成部分。
它是计算机硬件和软件相互关联、相互作用的基础，对于计算机专业的学生来说，理解计算机层次结构是非常重要的。
同时，计算机专业的课程设置也是培养学生计算机科学与技术能力的关键。
本文将分别从计算机层次结构和计算机专业主要课程两个方面进行论述。
一、计算机层次结构计算机层次结构从低到高可以划分为五个层次：硬件层、微程序层、指令层、操作系统层和应用层。
1. 硬件层：硬件层是计算机系统的最底层，包括计算机的主要硬件组成部分，如中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
在硬件层，学生需要学习计算机的基本组成结构和原理，了解不同硬件的工作原理和功能。
2. 微程序层：微程序层是介于硬件层和指令层之间的一层，它是一种硬件描述语言，用于控制计算机的指令执行过程。
学生需要学习微程序的设计和实现，了解微程序的作用和原理。
3. 指令层：指令层是计算机的指令系统，也是计算机的基本工作单位。
在指令层，学生需要学习指令的格式、指令的执行过程和指令的设计原则，掌握指令层的相关知识。
4. 操作系统层：操作系统层是计算机系统的核心部分，负责管理和控制计算机的硬件资源和软件资源。
在操作系统层，学生需要学习操作系统的原理和设计，了解操作系统的功能和作用。
5. 应用层：应用层是计算机系统的最高层，包括各种应用软件和应用系统。
在应用层，学生需要学习各种应用软件的使用和开发，了解不同应用的特点和需求。
二、计算机专业主要课程计算机专业的课程设置涵盖了计算机科学与技术的各个方面，主要包括以下几个方面的课程：1. 基础课程：基础课程是计算机专业的基础，包括计算机原理、数据结构、算法分析与设计等。
这些课程主要培养学生的计算机基本知识和基本技能，为后续的专业课程打下基础。
2. 专业课程：专业课程是计算机专业的核心，包括计算机网络、数据库系统、操作系统、编译原理等。
计算机系统的层次结构和功能模块
计算机系统的层次结构和功能模块在计算机科学领域，计算机系统是由不同层次和功能模块构成的复杂系统。
这些层次和功能模块相互协作，实现了计算机的各项功能和任务。
本文将详细探讨计算机系统的层次结构和各个功能模块。
一、计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构一般可以分为硬件层次和软件层次两个大的方面。
硬件层次包括物理层、逻辑层和微程序层；软件层次包括操作系统、系统软件和应用软件。
1. 物理层物理层是计算机系统的最底层，包括处理器、存储器、输入输出设备等硬件组成部分。
处理器是计算机的核心部件，负责执行各种指令和进行数据处理。
存储器用于存储数据和指令。
输入输出设备则用于与外部环境进行数据交互。
2. 逻辑层逻辑层主要负责解决数据传输和控制信号的问题，确保数据的正确传输和处理。
逻辑层包括总线、控制器和接口等组成部分。
总线是连接各个硬件设备的通信线路，用于传输数据和控制信号。
控制器则负责管理和控制各个硬件设备的工作。
接口用于连接外部设备和计算机系统。
3. 微程序层微程序层是计算机系统的底层软件，主要负责解释和执行计算机指令。
微程序层的设计和实现可以提高计算机系统的性能和灵活性。
4. 操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机系统的各项资源，提供用户与计算机之间的接口。
操作系统包括进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等模块，保证计算机系统的稳定运行和资源的有效利用。
5. 系统软件系统软件是在操作系统之上的软件层次，为用户提供各种工具和服务。
系统软件包括编译器、调试器、数据库管理系统等。
6. 应用软件应用软件是计算机系统中最顶层的软件，用于满足用户的各种需求。
应用软件包括办公软件、图像处理软件、娱乐软件等。
二、计算机系统的功能模块除了按照层次结构划分，计算机系统还可以按照功能模块进行划分。
计算机系统的功能模块包括：输入模块、输出模块、存储模块、运算控制模块、逻辑控制模块和时序控制模块。
1. 输入模块输入模块是用于将外部数据和指令输入到计算机系统中的模块。
哈工程计算机组成原理简答题总结
第一章2. 什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构答：计算机系统包括硬件和软件。
从计算机的层次结构来看，它通常可有五个以上的层次，从下至上依次是微程序机器级、传统机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级，还可以有第六级应用语言级。
3. 冯诺依曼结构计算机的特点答：（1）计算机系统由五大部件组成（2）计算机中采用二进制形式表示信息（3）采用存储程序工作方式第二章8.试描述浮点数规格化的目的与方法答：浮点数规格化是为了使浮点数尾数的最高数值位为有效数位。
当尾数用补码表示时，若符号位与小数点后的第一位不相等，则被定义为已规格化数，否则便是非规格化数。
通过规格化，可以保证运算数据精度。
11.什么是计算机软硬件之间的界面，其主要功能是什么？答：从程序的编制和执行的角度看，指令规定了计算机的操作类型及操作数地址，它们是产生各种控制信号的基础。
另外，从硬件设计的角度看，在设计计算机时先要确定其硬件能够直接执行哪些操作，表现为一组指令的集合，称之为计算机的指令系统。
因此，指令系统体现了一台计算机的软硬件界面。
指令系统包括若干指令，它规定了计算机功能的强弱与硬件复杂程度。
29. 若按指令功能分类，则指令系统可分为哪几类指令？答：数据传送类指令、算/ 逻运算类指令、程控类指令、访存指令、I/O 类指令。
第三章1. cpu 具有哪些功能？画出其内部组成框图，并说明图中每个部件的作用答：cpu具有控制程序的顺序执行、产生完成每条指令所需的控制命令、对各操作实施时间上的控制、对数据进行算术和逻辑运算以及处理中断等命令。
寄存器包括专用寄存器和通用寄存器控制器生成各种微操作命令序列ALU完成算术逻辑运算中断系统用于处理各种中断2. 控制器由哪些部件组成？它有哪些基本功能答: 控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、地址译码器、微操作产生部件、时序发生器和中断机构等构成，它的基本功能是：取指令、分析指令、执行指令、处理中断请求。
计算机系统的层次结构
§1 计算机系统的层次结构 §2 操作系统的资源管理观点 §3 操作系统的服务观点 §4 操作系统的特性 §5 操作系统的硬件基础 §6 操作系统的装入与初启
§1 计算机系统的层次结构
一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成 的。硬件(即物理计算机)是系统的基本资源，其主要部件 包括：中央处理机(CPU)、主存贮器(简称主存或内存)、外 部存贮器(简称外存或辅存，包括磁盘和磁带)、终端(通常 由键盘*和显示器组成)、控制台以及字符打印机等。CPU 和内存构成系统的主机，其它部件统称为外部设备(简称外 设），或称为输入输出(I／O)设备。
５.网络操作系统（Ｎｅｔｗｏｒｋ ＯＳ）
网络操作系统除了具有基本类型操作系统中所应具备的 管理功能和服务功能外，还具有网络管理和服务功能，这主 要包括：①网络资源共享，系统提供资源共享操作供节点计 算机用户或作业方便地使用本地的或远地的其它节点计算机 上的可共享资源。②网络通信，不同节点计算机的用户或作 业可以相互交换信息，系统提供文件传输和电子邮件服务， 一个文件可以被传输到其它节点计算机上，以方便文件共享， 用户也可以发送一份电子邮件给其它节点计算机用户或接受 其他节点计算机用户发来的电子邮件，就像打电话一样方便。 ③作业迁移，一个作业可以从一个节点计算机上迁移到其他 工作负荷较轻或适宜于处理该作业的节点计算机上运行。
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％ｃｈｍｏｄ７４４ ｐｒｏl 修改文件的保护方式，不允许同组用
脱机级接口与联机级接口，二者并不是截然分开的， 一些既支持批处理又支持分时处理的计算机系统同时提供 这两类服务接口，用户可以使用ＪＣＬ将其作业交由系统 批处理，也可以使用终端命令直接控制其作业的运行，而 且在作业 的一次运行中可转换使用终端命令和ＪＣＬ,即 可将交互作业（也称前台作业 ）转为批处理作业（也称后
02325计算机系统结构
02325计算机系统结构计算机系统结构第1章计算机系统结构的基本概念1.1计算机系统的多级层次结构计算机系统的多级层次结构 1.2计算机系统结构、组成与实现1.2.1结构、组成、实现的定义与内涵内涵1.2.2计算机系统结构、组成和实现三者的相互影响现三者的相互影响1.3软硬件取舍与计算机系统设计思路思路1.3.1软硬件取舍的基本原则软硬件取舍的基本原则1.3.2计算机系统的设计思路计算机系统的设计思路1.4结构设计要解决好软件的可移植性植性1.4.1统一高级语言统一高级语言1.4.2采用系列机采用系列机1.4.3模拟与仿真模拟与仿真1.5应用与器件的发展对系统结构的影响的影响1.5.1应用的发展对系统结构的影响1.5.2器件的发展对系统结构的影响1.6系统结构中的并行性发展及计算机系统的分类算机系统的分类1.6.1并行性概念并行性概念1.6.2并行处理系统的结构与多机系统的耦合度系统的耦合度1.6.3计算机系统的分类计算机系统的分类第2章数据表示与指令系统章数据表示与指令系统2.1数据表示数据表示2.1.1数据表示与数据结构数据表示与数据结构2.1.2高级数据表示高级数据表示2.1.3引入数据表示的原则引入数据表示的原则2.1.4浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择处理方法的选择2.2寻址方式寻址方式2.2.1寻址方式分析寻址方式分析2.2.2逻辑地址与主存物理地址逻辑地址与主存物理地址 2.3指令格式的优化设计指令格式的优化设计2.3.1操作码的优化操作码的优化2.3.2指令字格式的优化指令字格式的优化2.4按CISC方向发展与改进指令系统系统2.4.1面向目标程序优化实现改进2.4.2面向高级语言优化实现改进2.4.3面向操作系统优化实现改进2.5按RISC方向发展与改进指令系统系统2.5.1 RISC的提出的提出2.5.2设计RISC的原则的原则2.5.3设计RISC结构用的基本技术2.5.4 RISC技术的发展技术的发展第3章总线、中断与输入输出系统中断与输入输出系统 3.1输入输出系统的基本概念输入输出系统的基本概念3.2总线设计总线设计3.2.1总线的类型总线的类型3.2.2总线的控制方式总线的控制方式3.2.3总线的通讯技术总线的通讯技术3.2.4数据宽度与总线线数数据宽度与总线线数3.3中断系统中断系统3.3.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.2中断系统的软硬件功能分配3.4通道处理机通道处理机 3.4.1工作原理工作原理3.4.2通道流量的分析通道流量的分析第4章存储体系章存储体系4.1存储体系概念与并行主存系统4.1.1发展存储体系的必要性发展存储体系的必要性4.1.2并行主存系统频宽的分析并行主存系统频宽的分析4.1.3存储体系的形成与分支存储体系的形成与分支4.1.4存储体系的性能参数存储体系的性能参数4.2虚拟存储器虚拟存储器4.2.1不同的虚拟存储管理方式不同的虚拟存储管理方式4.2.2页式虚拟存储器的构成页式虚拟存储器的构成4.2.3页式虚拟存储器实现中的问题4.3高速缓冲高速缓冲(Cache)(Cache)(Cache)存储器存储器存储器4.3.1基本结构基本结构4.3.2地址的映象与变换地址的映象与变换4.3.3替换算法的实现替换算法的实现4.3.4 Cache存储器的透明性及性能分析性能分析第5章重叠、流水和向量处理机章重叠、流水和向量处理机5.1重叠方式重叠方式5.1.1基本思想和一次重叠基本思想和一次重叠5.1.2相关处理相关处理5.2流水方式流水方式5.2.1基本概念基本概念5.2.2流水线处理机的主要性能流水线处理机的主要性能5.2.3流水机器的相关处理和控制机构机构5.3向量的流水处理与向量流水处理机理机5.3.1向量的流水处理向量的流水处理5.3.2向量流水处理机向量流水处理机5.4指令级高度并行的超级处理机5.4.1超标量处理机超标量处理机5.4.2超长指令字超长指令字(VLIW)(VLIW)(VLIW)处理机处理机处理机5.4.3超流水线处理机超流水线处理机第6章阵列处理机章阵列处理机6.1阵列处理机原理阵列处理机原理6.1.1阵列处理机的基本构形阵列处理机的基本构形6.1.2阵列处理机的特点阵列处理机的特点6.2阵列处理机的并行算法阵列处理机的并行算法6.2.1 ILLIACⅣ的处理单元阵列结构结构6.2.2阵列处理机的并行算法举例6.3 SIMD计算机的互连网络计算机的互连网络6.3.1互连网络的设计目标及互连函数函数6.3.2基本的单级互连网络基本的单级互连网络6.3.3多级互连网络多级互连网络6.4并行存储器的无冲突访问并行存储器的无冲突访问6.5并行处理机举例并行处理机举例6.5.1 MPP位平面阵列处理机位平面阵列处理机6.5.2 CM连接机连接机第7章多处理机章多处理机7.1多处理机的特点及主要技术问题7.2多处理机的硬件结构多处理机的硬件结构7.2.1紧耦合和松耦合紧耦合和松耦合7.2.2机间互连形式机间互连形式7.3程序并行性程序并行性7.3.1并行算法并行算法7.3.2程序并行性的分析程序并行性的分析7.3.3并行程序设计语言并行程序设计语言7.4多处理机的性能多处理机的性能7.4.1任务粒度与系统性能任务粒度与系统性能7.4.2性能模型与分析性能模型与分析7.5多处理机的操作系统多处理机的操作系统7.5.1主从型操作系统主从型操作系统7.5.2各自独立型操作系统各自独立型操作系统7.5.3浮动型操作系统浮动型操作系统第8章其它计算机结构章其它计算机结构8.1脉动阵列机脉动阵列机8.1.1脉动阵列结构的原理和特点8.1.2通用的脉动阵列结构通用的脉动阵列结构8.2大规模并行处理机MPP与机群系统系统8.2.1大规模并行处理机MPP8.2.2机群系统机群系统8.3数据流机数据流机8.3.1数据驱动的概念数据驱动的概念8.3.2数据流程序图和语言数据流程序图和语言8.3.3数据流计算机的结构数据流计算机的结构8.3.4数据流机器存在的问题数据流机器存在的问题8.4归约机归约机8.5智能机智能机8.5.1智能信息处理与智能机智能信息处理与智能机8.5.2智能机的结构和机器语言智能机的结构和机器语言★翻译和解释的区别和联系？区别：区别：翻译是整个程序转换，翻译是整个程序转换，翻译是整个程序转换，解释解释是低级机器的一串语句仿真高级机器的一条语句。
深入理解计算机体系结构
深入理解计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的架构关系，它决定了计算机性能和功能的实现方式。
理解计算机体系结构对于计算机科学和工程领域的专业人士来说是非常重要的。
在本文中，我们将深入探讨计算机体系结构的重要概念和原理。
1. 计算机的层次结构计算机体系结构可被视为一种层次结构，从最底层的硬件到最高层的软件。
硬件层包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等，它们共同协作完成计算任务。
软件层包括操作系统、应用程序等，它们利用硬件资源提供各种功能。
2. 冯·诺伊曼计算机模型冯·诺伊曼计算机模型是一种经典的计算机体系结构，它包含输入输出设备、存储器、运算器和控制器四个核心组件。
数据和指令通过输入设备输入进计算机后，存储器将其保存下来，并由控制器根据指令来控制运算器的操作。
计算结果可以通过输出设备显示或储存。
3. 存储器层次结构存储器是计算机体系结构中的一个重要组成部分，它用于存储数据和指令。
存储器层次结构分为多级缓存、主存和辅助存储器。
多级缓存位于CPU内部，用于加速数据访问。
主存是CPU直接访问的存储器，而辅助存储器如硬盘则用于长期保存数据。
4. 指令集架构指令集架构是计算机体系结构的重要部分，它定义了计算机的指令和寄存器的结构。
常见的指令集架构有复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）。
CISC指令集包含复杂而多样的指令，而RISC指令集则更为简洁和规范。
5. 并行计算并行计算是现代计算机体系结构的一项重要技术，它通过同时执行多个计算任务来提高计算性能。
并行计算包括指令级并行、线程级并行和任务级并行等多种形式。
并行计算的应用范围广泛，从科学计算到图形渲染都能得到显著的性能提升。
6. 异构计算异构计算是一种结合了不同类型处理单元的计算机体系结构。
典型的异构计算包括CPU与GPU的组合，前者适合串行计算，后者适合并行计算。
异构计算通过合理利用各种处理单元的优势，提高了计算性能和效率。
计算机系统结构(第三版)张晨曦 课后答案
fi Si
−1
式中，fi 为可加速部件 i 在未优化系统中所占的比例；Si 是部件 i 的加速比。
⎧ f ⎫ f f S = ⎨[1 − ( f1 + f 2 + f 3 )] + 1 + 2 + 3 ⎬ S S S 1 2 3⎭ ⎩
0.3 0.3 f 3 ⎫ ⎧ 10 = ⎨[1 − (0.3 + 0.3 + f 3 )] + + + ⎬ 30 20 30 ⎭ ⎩
课
45000 × 1 + 75000 × 2 + 8000 × 4 + 1500 × 2 = 1.776 129500
答
案 网
计算机体系结构 • 第一章 • 第4页
⎡ f ⎤ Te = To ⎢(1 − f e ) + e ⎥ S e⎦ ⎣
S=
1 (1 − f e ) +
fe Se
S=
i
1 (1 − ∑ f i ) + ∑
对于第三级而言，为了完成 IC 条指令的功能，第三级指令的条数为： 执行第三级
IC 。为了 M2
IC IC 条指令，需要执行 N 条第二级的指令对其进行解释。那么对第二级 2 M M2 IC IC + 2N 2 M M
而言，总的指令条数为：
N⎤ ⎡ = ⎢1 + ⎥ K ⎣ M⎦ N⎤ ⎡ T4 = ⎢1 + ⎥ K ⎣ M⎦
1.5 计算机系统有三个部件可以改进，这三个部件的加速比如下： 部件加速比 1＝30； 部件加速比 2＝20； 部件加速比 3＝10； (1) 如果部件 1 和部件 2 的可改进比例为 30％，那么当部件 3 的可改进比例为多少时， 系统的加速比才可以达到 10？ (2) 如果三个部件的可改进比例为 30％、30％和 20％，三个部件同时改进，那么系统 中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？ 解：在多个部件可改进情况下 Amdahl 定理的扩展:
计算机系统的层次结构.doc
计算机系统的层次结构.doc1.1 计算机系统的层次结构从使用语言的角度，一台由软、硬件组成的通用计算机系统可以被看成是按功能划分的多层机器级组成的层次结构。
层次结构由高到低依次为应用语言机器级、供给语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级，如图1-1 所示。
具体的计算机系统，其层次数的多少可以有所不同。
图1-1 计算机系统的多级层次结构对使用某一级语言编程的程序员来讲，只要熟悉和遵守该级语言的使用规定，所编序就总能在此机器上运行并得到结果，而不用考虑这个机器级是如何实现的。
就好像该程序员有了一台可以直接使用这种语言作为机器语言的机器一样。
这里,"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。
实际上,只有二进制机器指令,即传统所讲的机器语言与机器硬件直接对应,方可直接被硬件识别和执行。
各机器级的实现采用翻译技术或解释技术，或者是这两种技术的结合。
翻译(Trans-lation )技术是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低_级机器级上等效的程序,然后在低一级机器级上实现的技术。
解释(Interpretation)技术则是在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令的功能,是通过对高级机器级语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
应用语言虚拟机器级M5是为满足专门的应用设计的。
使用面向某种应用的应用语言(L5 )编写的程序一般是通过应用程序包翻译成高级语言(L4 )程序后,再逐级向下实现的。
高级语言机器级M4上的程序可以先用编译程序整个翻译成汇编语言(L3)程序或机器语言(L1 )程序,再逐级或越级向下实现；也可以用汇编语言(L3 )程序、机器语言(L1 )程序,甚至微指令语言(L0 )程序解释实现。
汇编语言(L3)源程序则是先用汇编程序整个将它变换成等效的二进制机器语言(L1)目标程序,再在传统机器语言机器级Ml上实现。
计算机系统结构复习总结
计算机系统结构复习总结计算机系统结构复习总结一、计算机系统结构概念1.1 计算机系统结构：程序员所看到的计算机的基本属性，即概念性结构与功能特性。
*注意：对不同层次上的程序员来说，由于使用的程序设计语言不同，可能看到的概念性结构和功能特性会有所不同。
1.2 计算机系统的层次结构现代计算机是一种包括机器硬件、指令系统、系统软件、应用程序和用户接口的集成系统。
现代计算机结构图*注意：计算机结构的层次模型依据计算机语言广义的理解，可将计算机系统看成由多级“虚拟”计算机所组成。
从语言层次上画分可得下图：计算机结构的层次模型1.3计算机系统结构组成与实现计算机系统结构：是计算机系统的软件与硬件直接的界面计算机组成：是指计算机系统结构的逻辑实现计算机实现：是指计算机组成的物理实现*计算机系统结构、组成与实现三者间的关系：计算机系统结构不同会影响到可用的计算机组成技术不同，而不同的计算机组成又会反过来影响到系统结构的设计。
因此，计算机系统结构的设计必须结合应用来考虑，要为软件和算法的实现提供更多更好的硬件支持，同时要考虑可能采用和准备采用哪些计算机组成技术，不能过多或不合理地限制各种计算机组成、实现技术的采用与发展。
计算机组成与计算机实现可以折衷，它主要取决于器件的来源、厂家的技术特长和性能价格比能否优化。
应当在当时的器件技术条件下，使价格不增或只增很少的情况下尽可能提高系统的性能。
1.4 计算机系统结构的分类计算机结构分类方式主要有三种：（1）按“流”分类按“流”分类法是Flynn教授在1966年提出的一种分类方法，它是按照计算机中指令流（Instruction Stream）和数据流（Data Stream）的多倍性进行分类。
指令流是指机器执行的指令序列，数据流是指指令流调用的数据序列。
多倍性是指在计算机中最受限制（瓶颈最严重）的部件上，在同一时间单位中，最多可并行执行的指令条数或处理的数据个数。
*注意：按“流”分类法，即Flynn分类法的逻辑结构类型：①SISD计算机②SIMD计算机③MISD计算机④MIMD计算机（2）按“并行性”和“流水线”分类（3）按计算机系统结构的最大并行度进行分类1.5计算机系统的设计与实现随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统软、硬件间界限已经变得模糊了。
计算机多级层次结构的意思
计算机多级层次结构的意思计算机多级层次结构是指计算机系统被分为多个不同的层次或抽象级别，每个层次负责特定功能，从而形成一种层次化的组织结构。
这种结构的设计理念是通过将计算机系统划分为不同的层次，使得系统的构建和管理更加清晰、模块化和可扩展。
多级层次结构的设计目的是将复杂的计算机系统分解为多个相对独立的功能模块，使得每个模块都可以逐层构建、测试和调试，从而提高系统开发和维护的效率。
同时，多级层次结构能够提供更高的灵活性和可扩展性。
例如，系统的一些层次可以根据需求进行修改或替换，而无需对其他层次进行大规模的改动。
多级层次结构通常由以下几个层次组成：1.应用层：最接近用户的层次，负责实现特定的应用功能。
例如，图形界面、文档处理和数据库管理等。
2.操作系统层：负责管理计算机硬件资源，提供基本的操作系统功能，如进程管理、文件管理和内存管理等。
3.中间件层：提供应用程序开发和运行所需的中间环境。
例如，数据库管理系统（DBMS）和消息传递中间件等。
4.硬件层：最底层的层次，包括计算机的物理设备，如处理器、存储器和输入输出设备等。
硬件层通过底层的机器语言和微指令来执行具体的计算和数据处理任务。
多级层次结构的优点包括：1.模块化和可复用性：每个层次都具有相对独立的功能和接口，可以单独进行开发和测试，并且可以在不同的系统中复用。
2.可扩展性：新增或修改其中一层次的功能可以在不影响其他层次的情况下进行，从而提高系统的灵活性和可扩展性。
3.可维护性：通过层次化的组织结构，系统的修改和维护更加容易，可以快速定位和解决问题。
4.封装性：每个层次都对其下层次的实现细节进行了封装，使得系统更加易用和稳定。
然而，多级层次结构也存在一些挑战和问题1.性能损失：由于系统的模块化和接口化设计，层次之间的数据传输和接口调用可能会引入额外的开销，导致性能下降。
2.跨平台兼容性：不同平台的层次结构可能有所差异，需要特殊的处理和适配。
3.依赖关系：层次之间存在依赖关系，一些层次的修改可能会影响到其他层次，需要谨慎管理和协调。
计算机体系结构各章简答题及答案
计算机体系结构各章简答题及答案第⼀章计算机体系结构的基本概念1. 什么是计算机系统的多级层次结构？2. 硬件和软件在什么意义上是等效的在什么意义上是不等效的？3. 经典计算机系统结构的实质是什么？4. 语⾔实现的两种基本技术是什么？5. 对于通⽤寄存器型机器来说，机器语⾔程序设计者所看到的计算机的属性主要有哪些？6. 什么是软件兼容软件兼容有⼏种其中哪⼀种是软件兼容的根本特征？7. 什么是系列机它的出现较好地解决了什么⽭盾？8. 对计算机发展⾮常关键的实现技术有哪些？9. 实现软件移植的主要途径有哪些？10. 试以系列机为例，说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。
11. 存储程序计算机在系统结构上的主要特点是什么？12. 从系统结构的发展情况看，新型系统结构的设计主要从哪两⽅⾯着⼿？13. 软件技术两个最重要的发展趋势是什么？14. 计算机系统设计⼈员的技术挑战主要来⾃哪⼏个⽅⾯？15. ⼀种计算机系统结构的⽣命周期是怎样的？16. 商品的标价（价格）由哪些因素构成？17. 对计算机系统成本产⽣影响的主要因素有哪些？18. ⽤户CPU时间由哪三个因素决定？19. ⽬前常⽤的测试程序分为哪五类？20. 什么叫测试程序组件在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是哪个？21. SPEC2000测试程序组件中包括哪⼏个测试程序组件？22. 测试基于Microsoft公司的Windows系列操作系统平台的最常⽤测试组件有哪些？23. 常⽤的专门的性能指标测试程序有哪些？24. 计算机系统结构设计和分析中最经常使⽤的三条基本原则是什么25. 根据Amdahl定律，系统加速⽐由哪两个因素决定？26. 从执⾏程序的⾓度看，并⾏性等级从低到⾼可分为哪⼏级？27. 从处理数据的⾓度，并⾏性等级从低到⾼可以分为哪⼏级？28. 计算机系统中提⾼并⾏性的技术途径有哪三种？29. 多机系统的耦合度可以分为哪⼏类？30. 单机系统和多机系统中，都是按哪三种技术途径分别发展为哪三类多处理机？31. 三种类型的多处理机（同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统）的主要区别是什么1. 什么是计算机系统的多级层次结构从计算机语⾔的⾓度，把计算机系统按功能划分成以下多级层次结构：2. 硬件和软件在什么意义上是等效的在什么意义上是不等效的硬件和软件在功能实现上是等效的，即⼀种功能可以由软件实现，也可以由硬件实现。
计算机系统的多级层次结构
第一章计算机系统结构概论1目录计算机系统的多级层次结构计算机系统结构、组成与实现计算机系统的软硬取舍、性能评测及定量设计原理软件、应用、器件对系统结构的影响系统结构中的并行性发展和计算机系统的分类2什么是计算机？计算机是一种不需要人的直观干预而能自动完成各种算术和逻辑运算的工具。
说明：随着技术的发展，概念有所变化。
PDA、机顶盒、商务通、MP3，智能手机等计算机是工具。
Tools 3计算机的功能科学计算数据处理（信息处理）过程控制人工智能4计算机的主要特性快速性通用性：任务-〉算术逻辑操作-〉指令准确性：数字化逻辑性5§1 计算机系统的多级层次结构机器：能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的执行体。
计算机语言：是用以描述控制流程的、有一定规则的字符集合。
语言不是专属软件范畴，可以分属于计算机系统的各个层次，具有不同作用。
6 计算机的层次观点——结构观点计算机系统外围设备计算机通信线路中央处理器主存储器I/O 系统互连控制器顺序逻辑控制器的寄存器和译码器计算机系统的层次计算机系统的层次控制存储器特性是研究计算机特性是研究计算机体系结构的基础体系结构的基础算逻单元寄存器控制器7从观察者看到的虚拟计算机广义语言虚拟计算机观察者控制信息编译作用对象解释器状态信息8计算机系统的多级层次结构多级层次结构：是从使用语言的角度，基于程序员与计算机系统对话中所采用的语言结构和语义划分。
机器----语言现代计算机系统的层次结构分为六级。
9 第0级微程序机器M0 微指令由硬件直接执行实际机器具有L0机器语言（微指令系统）10 第1级传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）由微指令程序解释机器指令实际机器第0级微程序机器M0 微指令由硬件直接执行实际机器具有L0机器语言（微指令系统）11 第2级操作系统机器M2 一般用机器语言程序解释具有L2机器语言（作业控制语言等）作业控制语句虚拟机器第1级传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）由微指令程序解释机器指令实际机器第0级微程序机器M0 微指令由硬件直接执行实际机器具有L0机器语言（微指令系统）12 第3级汇编语言机器M3 汇编语言程序经汇编程序具有L3机器语言（汇编语言）翻译成机器语言程序虚拟机器第2级操作系统机器M2 一般用机器语言程序解释具有L2机器语言（作业控制语言等）作业控制语句虚拟机器第1级传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）由微指令程序解释机器指令实际机器第0级微程序机器M0 微指令由硬件直接执行实际机器具有L0机器语言（微指令系统）13 第4级高级语言程序经编译程序翻译高级语言机器M4 成汇编语言（或是某种中间语虚拟机器具有L4机器语言（高级语言）言程序，或是机器语言程序）第3级汇编语言机器M3 汇编语言程序经汇编程序具有L3机器语言（汇编语言）翻译成机器语言程序虚拟机器第2级操作系统机器M2 一般用机器语言程序解释具有L2机器语言（作业控制语言等）作业控制语句虚拟机器第1级传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）由微指令程序解释机器指令实际机器第0级微程序机器M0 微指令由硬件直接执行实际机器具有L0机器语言（微指令系统）14 第5级应用语言机器M0 应用语言程序经应用程序虚拟机器具有L5机器语言（应用语言）包翻译成高级语言程序第4级高级语言程序经编译程序翻译高级语言机器M4 成汇编语言（或是某种中间语虚拟机器具有L4机器语言（高级语言）言程序，或是机器语言程序）第3级汇编语言机器M3 汇编语言程序经汇编程序具有L3机器语言（汇编语言）翻译成机器语言程序虚拟机器第2级操作系统机器M2 一般用机器语言程序解释具有L2机器语言（作业控制语言等）作业控制语句虚拟机器第1级传统机器M1 具有L1机器语言（机器指令系统）由微指令程序解释机器指令实际机器第0级微程序机器M0 微指令由硬件直接执行实际机器具有L0机器语言（微指令系统）15多级层次结构（机器---语言）M5：应用语言机器--------应用语言M4：高级语言机器--------高级语言M3：汇编语言机器--------汇编语言M2：操作系统机器-------作业控制语言M1：传统机器-------------机器指令系统M0：微程序机器----------微指令系统16人与多级层次结构的比较这种联系很不科学，只是让大家轻松一下计算机系统人应用语言级为人民服务级高级语言级读书、学习级汇编语言级语言、思维级操作系统极生理功能级传统机器级人体器官级微程序机器级细胞组织级电子线路级分子级17从设计人员看到的层次18 应用软件应用语言级L5虚拟机翻译（应用程序包）高级语言级L4虚拟机虚拟翻译（编译程序）机系统汇编语言级L3虚拟机器软件翻译（汇编程序）操作系统级L2虚拟机部分解释软硬件交界面硬件传统机器级物理机器实解释际固件微程序机器级机器硬件直接执行电子线路19编译与解释编译：全部N1级指令--N级指令翻译compile 解释：一条N1级指令--一串N级指令translation 编译为整体行为，可以优化，效率高，与平台有关。
计算机的三个层次内容
计算机的三个层次内容
计算机的三个层次内容通常指的是计算机系统的三层结构，包括硬件、软件和用户。
1. 硬件层次：硬件是计算机系统的物理基础，包括计算机的各种物理设备，如中央处理器（CPU）、内存、硬盘、输入设备（如键盘、鼠标）和输出设备（如显示器、打印机）等。
硬件负责执行计算机的基本操作和指令，提供了计算机运行所需的物理资源。
2. 软件层次：软件是运行在计算机硬件之上的程序和数据的集合，它包括系统软件和应用软件。
系统软件负责管理和控制计算机的硬件资源，提供基本的操作系统功能，如文件管理、任务调度、内存管理等。
应用软件则是用于完成特定任务的程序，如办公软件、游戏、图像处理软件等。
3. 用户层次：用户是与计算机系统进行交互的最终使用者。
用户通过输入设备与计算机进行互动，使用操作系统和应用软件来完成各种任务。
用户可以是个人、组织或企业等不同的实体，他们使用计算机来满足自己的需求和目标。
这三个层次相互依赖、相互协作，共同构成了一个完整的计算机系统。
硬件提供了计算能力和物理资源，软件则使硬件能够高效地工作，并为用户提供各种功能和服务。
用户通过与计算机系统的交互来实现自己的目标，而计算机则通过执行软件程序来满足用户的需求。
2.简述现代计算机系统的组成及层次结构
现代计算机系统是由多个组件和层次结构组成的。
下面是对现代计算机系统的组成和层次结构的简要描述：
1. 硬件层：计算机系统的硬件部分由以下组件组成：
- 中央处理器（CPU）：负责执行指令和进行算术逻辑运算。
- 存储器（内存）：用于存储指令和数据。
- 输入设备：用于接受用户输入，如键盘、鼠标等。
- 输出设备：用于向用户显示结果，如显示器、打印机等。
- 存储设备：用于永久存储数据，如硬盘、固态驱动器等。
2. 操作系统层：操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机的各种资源，提供用户与计算机硬件之间的接口。
常见的操作系统包括Windows、macOS和Linux等。
3. 应用程序层：应用程序是用户直接使用的软件，包括办公软件、图像处理软件、游戏等。
这些应用程序在操作系统上运行，通过操作系统与硬件进行交互。
4. 编程语言和开发工具层：为了开发应用程序，程序员使用编程语言和开发工具来编写和调试代码。
常见的编程语言包括C、Java、Python等，开发工具包括集成开发环境（IDE）和调试器等。
5. 网络层：现代计算机系统通常通过网络连接起来，形成计算机网络。
网络层涉及网络协议、路由器、交换机等网络设备，用于实现计算机之间的通信和数据传输。
这些组件和层次结构共同构成了现代计算机系统，使得计算机能够高效地进行数据处理、存储和通信。
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计算机系统具有接收和存储信息、按程序快速计算和判断并输出处理结果等功 能。
控制器
中央处理器 运算器
硬件
存储器
外部设备 系统软件 管理、监控、维护 工作、生活、娱乐
计算机系统
软件
应用软件
计 算 机 多 级 层 次 结 构
第0级：硬联逻辑。可 以直接完成每一条微指 令的功能，这一层是计 算机的计算内核，是实 现计算机各种基本操作 的实体。由门，触发器 等逻辑电路组成
Байду номын сангаас• 每个课程都在为其他课程做辅助和铺垫。
参考网页：
/p-98466927.html?docfrom=rrela https:///item/%E6%95%B0%E5%AD%97%E9%8 0%BB%E8%BE%91/8984050?fr=aladdin https:///item/%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E7%B B%93%E6%9E%84/10394712?fr=aladdin https:///item/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9 C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86/394 1760?fr=aladdin
系统结构
系统结构是研究 计算机体系的概念性结 构和功能。系统内部各 组成要素之间的相互联 系、相互作用的方式或 秩序，即各要素在时间 或空间上排列和组合的 具体形式。
数字逻辑、组成原理、系统结构三门主干 硬件课程的关系
• “数字逻辑” 讲述的是基本逻辑电路的分析与设计，它是组成原理
的基础；组成原理在数字逻辑之上，它讲述的是通过硬件（运算器、 控制器等）执行程序，它是系统结构的基础；系统结构在组成原理 之上，它主要研究计算机系统的基本工作原理，以及在硬件、软件 界面划分的权衡策略，建立完整的、系统的计算机软硬件整体概念。
计算机组成原理研讨
以奇渠
第一周研讨
研讨题目：
2.计算机系统是什么？如何理解其多级层次结 构？ 7.数字逻辑、组成原理、系统结构三门主干硬 件课程的关系和侧重。
计算机系统是什么
计算 机系 统
硬件：借助电、磁、光、机械等原理构成的各种 物理部件的有机组合，是系统赖以工作的实体
软件：是由指令序列构成的程序的集合，程序控 制硬件按指定要求进行工作。
计 算 机 多 级 层 次 结 构
第3级操作系统级。操 作系统提供了机器语言 级所没有的，但在汇编 语言和高级语言的实现 中所需要的某些基本操 作。它由机器指令和广 义指令组成，机器指令 由微程序直接解释，广 义指令由操作系统来定 义和解释。
层次之间的关系紧密，上层是 下层功能的扩展，下层是上层 的基础，这是层次结构的一个 特点。
数字逻辑、组成原理、系统结构三门主干硬件课 程的关系和侧重。
数字逻辑
• 以数字电子技术为基 础，注重逻辑电路的基 本原理，基本分析和设 计方法；同时也初步了 解标准的集成电路的逻 辑功能和可编程逻辑器 件，具有很强的工程实 践性。 •
组成原理
计算机组成原理 主要研究的是计算机主 要由哪些功能部件组成， 以及各功能部件的工作 原理和它们的连接方式 •
谢谢！
计 算 机 多 级 层 次 结 构
第1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 接由硬件执行的。常用 微程序设计技术。
计 算 机 多 级 层 次 结 构
第2级机器语言级。也 就是传统机器级，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。