简述个人计算机中存储体系结构存储系统分类

计算机四级考试内容
考试方式
1.考试形式包括笔试(180分钟)和上机测试(60分钟)。

2.笔试的试题包括选择题和论述题两种类型，其中在五分之一的选择题用英文书写，其余选择题和论述题用中文书写。

基本要求
1.具有计算机及其应用的基础知识。

2.熟悉计算机操作系统，软件工程和数据库的原理及其应用。

3.熟悉计算机体系结构、系统组成和性能评价的基础和应用知识。

4.具有计算机网络和通信的基础知识。

5.具有计算机应用项目开发的分析设计和组织实施的基本能力。

6.具有计算机应用系统安全性和保密性知识。

简述现代计算机的分类和特点现代计算机的分类和特点计算机是人类社会发展的产物，它的发展影响了人们的工作、学习和生活方式。

如今，计算机已经成为了不可或缺的工具，广泛应用于各个领域。

下面我将详细介绍现代计算机的分类和特点。

一、按用途分类1. 个人计算机（PC）：个人计算机是一种小型计算机，适合个人使用。

它常见于家庭和办公场所，用于处理文档、上网、娱乐等。

PC具有便携、高效、易用的特点，是大众化的计算机体系。

2. 服务器：服务器是一种专门用于存储和处理大量数据的计算机。

它通常具有高效的运算能力和存储容量，用于建立和管理网络、承担网站的数据交互和存储等功能。

3. 超级计算机：超级计算机是一种具备极高计算速度和处理能力的计算机。

它通常用于科学计算、气象预测、大型模拟等领域，可以迅速解决复杂的计算问题。

二、按体系结构分类1. 冯·诺伊曼体系结构：冯·诺伊曼体系结构是现代计算机的统一标准，它包括计算器、存储器、算术逻辑单元、输入输出设备等基本组件。

该体系结构的特点是具有存储程序能力，程序和数据在同一存储器中存放，并且通过电子信号进行传输和处理。

2. 并行体系结构：并行体系结构是指计算机系统中同时进行多个计算任务的能力。

这种体系结构的特点是可以同时处理多个任务，提高计算效率。

在科学计算和大数据处理中，广泛应用并行计算。

3. 分布式体系结构：分布式体系结构是指计算机系统通过网络连接多台计算机，共同完成任务的能力。

分布式计算具有高性能、高可靠性和高扩展性等特点，广泛用于云计算、大规模并行处理等领域。

三、特点和发展趋势1. 小型化：随着科技的发展，计算机体积越来越小，性能逐渐提升。

如今，人们可以轻松携带便携式电脑、智能手机等小型计算设备。

2. 多功能：现代计算机不仅可以完成计算任务，还可以进行文字处理、图像处理、音频视频播放等多种功能，满足了人们不同的需求。

3. 高效性：计算机的运算速度越来越快，存储容量逐渐增加。

以下习题来自《计算机系统结构》第七章存储体系。

7．1解释下列术语直接映像：每个主存地址映像到Cache中的一个指定地质的方式称为直接映像。

全相联映像：任何主存地址可映像到任何Cache地址的方式称为全相联映像。

组相联映像：组相联映像指的是将存储空间的页面分成若干组，各组之间是直接映像，而组内各块之间是全相联映像。

全写法：全写法也称直达法，即写操作将数据同时写入Cache和缓存。

写回法：写Cache时不写主存，仅当被写Cache数据块要被替换出去时才写回主存。

虚拟存储器：虚拟存储器是主存的扩展，当主存的容量不能满足要求时，数据可存放在外存中，在程序中仍然按地址访问外存空间。

大小取决于计算机的访存能力。

段式管理：把主存按段分配的存储管理方式称为段式管理。

页式管理：把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定大小的页，各虚拟页可装入主存中不同的实际页面位置。

段页式管理：段页式管理式段式管理和页式管理的结合，他将存储空间按逻辑模块分成段，每段又分成若干个页，访存通过一个段表和若干个页表进行。

段的长度必须是页的长度的整数倍，段的起点必须是某一页的起点。

快表：为了提高页表中常用项的访问速度，采用快速硬件构成的比全表小的多的部分表格。

慢表：存放在主存中的整个页表。

高速缓存：高速缓冲存储器是位于CPU和主存之间的高层存储子系统。

时间局部性：如果一个存储项被访问，则可能该项会很快再次被访问。

空间局部性：如果一个存储项被访问，则该项及其邻近的相也可能很快被访问。

段表：在对虚拟内存进行管理时，系统中用于指明各段在主存中的位置的表，表中包括段名或段号、段起点、装入位和段长等。

页表：在对虚拟内存进行管理时，系统中用于指明各页在主存中的位置的表，表中包括页号、每页在主存中的起始位置、表示该页是否已装入主存的装入位等。

块表：存储系统中的一个用于解决块和页的定位、标志、和寻址问题的表。

7.2 有人认为,随着存储器芯片集成度的提高，主存的容量将越来越大，虚拟存贮器将被淘汰，未来的计算机中将不采用虚拟存储器。

第三章习题（P90-92）一、复习题1．计算机由哪几部分组成，其中哪些部分组成了中央处理器？答：计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等五部分组成其中，运算器和控制器组成中央处理器（CPU）。

（P72）2．试简述计算机多级存储系统的组成及其优点。

答：多级存储系统主要包括：高速缓存、主存储器和辅助存储器。

把存储器分为几个层次主要基于下述原因：（1）合理解决速度与成本的矛盾，以得到较高的性能价格比。

（2）使用磁盘、磁带等作为外存，不仅价格便宜，可以把存储容量做得很大，而且在断电时它所存放的信息也不丢失，可以长久保存，且复制、携带都很方便。

(P76-P77)3．简述Cache的工作原理，说明其作用。

答：Cache的工作原理是基于程序访问的局部性的。

即主存中存储的程序和数据并不是CPU每时每刻都在访问的，在一段时间内，CPU只访问其一个局部。

这样只要CPU当前访问部分的速度能够与CPU匹配即可，并不需要整个主存的速度都很高。

Cache与虚拟存储器的基本原理相同，都是把信息分成基本的块并通过一定的替换策略，以块为单位，由低一级存储器调入高一级存储器，供CPU使用。

但是，虚拟存储器的替换策略主要由软件实现，而Cache的控制与管理全部由硬件实现。

因此Cache效率高并且其存在和操作对程序员和系统程序员透明，而虚拟存储器中，页面管理虽然对用户透明，但对程序员不透明；段管理对用户可透明也可不透明。

Cache的主要作用是解决了存储器速度与CPU速度不匹配的问题，提高了整个计算机系统的性能。

(P79)4．描述摩尔定律的内容，并说明其对于计算机的发展具有怎样的指导意义。

答：摩尔定律（Moore law）源于1965年戈登·摩尔（Gordon Moore，时任英特尔(Intel)公司名誉董事长）的一份关于计算机存储器发展趋势的报告。

根据他对当时掌握的数据资料的整理和分析研究，发现了一个重要的趋势：每一代新芯片大体上包含其前一代产品两倍的容量，新一代芯片的产生是在前一代产生后的18-24个月内。

计算机体系结构必考知识点一、知识概述《计算机体系结构必考知识点》①基本定义：计算机体系结构呢，简单说就是计算机的各个组成部分，像处理器、内存、输入输出设备等，它们之间是怎么连接的，还有各自的功能怎么协同工作。

就好比一个足球队，每个球员（硬件组件）都有自己的位置（功能），教练（操作系统等软件）怎么安排他们配合踢球（协同工作），这就是大致的概念。

②重要程度：在计算机这个学科里，这可太重要了。

要是不懂体系结构，就好比你盖房子不知道怎么搭框架，那接下来的装修（软件开发之类的）就无从下手。

计算机系统的性能、功能等都和它有很大关系。

③前置知识：得有基本的数字电路知识，像什么是逻辑门之类的。

还有对计算机各个硬件部件有个简单了解，就像你得知道有CPU这个东西，它大致是干啥的。

如果之前学过计算机组成原理那就更好了，就像你是个盖房子的小工，盖了几次小房子（了解简单的硬件组合），再来盖大楼（学习体系结构）就容易些。

④应用价值：实际应用可多了。

比如说设计新的计算机芯片，要考虑体系结构。

像手机厂商想让手机运行得更快，还不那么耗电，那就得优化手机芯片的体系结构。

再比如说云计算中心设计大型服务器集群，也得按照合理的体系结构来，这样才能高效处理海量的数据。

二、知识体系①知识图谱：在计算机学科的大地图里，计算机体系结构是重要的一块。

它连接着计算机硬件底层，向上又影响着操作系统、软件应用的开发。

就好比它是城市里的交通规划（对计算机里的数据等流动起规划作用），其他的建筑物（软件等）得按照这个交通规划来建设。

②关联知识：和计算机组成原理关联紧密，组成原理就像是讲每个部件的详细构造，体系结构就是把这些部件组合起来看。

和操作系统也有很大关系，操作系统的运行依赖于计算机体系结构提供的环境。

就好像演员（操作系统）得在舞台（体系结构）上表演。

③重难点分析：掌握难度在于概念比较抽象，像多级存储体系结构，什么缓存、主存、外存的关系不好理解。

关键点在于要理解各个部件的交互原理。

简述冯诺依曼提出的计算机的组成部分冯诺依曼计算机体系结构是由他于1945年发表在计算机科学史文献集中的文章《逻辑基础论》中提出的，它是世界上第一个完整的计算机系统模型。

它描述了一个计算机应该由哪些部件组成，以及它们之间如何工作。

冯诺依曼计算机体系结构的基本部件有：主内存存储器（内存）、控制器、输入设备和输出设备。

主内存存储器（内存）通常由一个或多个独立的存储器模块组成，其中存储的指令和数据可以被计算机程序访问。

计算机中的存储容量正在不断增加，目前已经有可以容纳数百兆字节数据的内存设备。

控制器是一种特殊类型的微处理器，它是计算机系统的核心。

它根据编写的程序指令控制计算机的所有功能，这些功能包括：读取指令、执行指令、确定计算机系统所有设备之间的连接。

计算机中处理器的性能也在不断提高，目前已经有超过四核的处理器。

输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，它们提供给计算机种外部输入，以便计算机可以执行相应的指令，处理用户输入的数据。

输出设备的作用是将计算机处理的结果输出到外部设备，例如：显示器、打印机、耳机等。

它们提供计算机系统的外部输出，从而使用户对计算机系统处理的结果有一定的了解。

冯诺依曼计算机体系结构的优点在于，它将计算机的部件组织起来，使其可以完成特定的功能，同时也提供了一种更容易管理的计算机结构模型。

冯诺依曼开发的计算机体系结构已经成为现代计算机设计和开发的基础，它被广泛应用于各种类型的计算机系统中，包括个人计算机、工业控制系统、数据库系统以及网络计算系统等。

冯诺依曼提出的计算机体系结构，标志着计算机技术从一个抽象的概念步入了一个可行的具体系统，为现代计算机技术的发展提供了研究和开发的基础。

这套模型的优点不仅被传统的数字计算机所采用，也成为了机器学习、深度学习等交叉学科的基础。

回顾冯诺依曼提出的计算机体系结构，这个模型由四个基本部件组成：主内存存储器（内存）、控制器、输入设备和输出设备。

它将计算机的各个部件有机地组合起来，完成特定的功能，为现代计算机技术的发展提供了坚实的基础。

第6章计算机的存储系统现代计算机采用程序控制方式工作，因此，用来存放程序的存储系统是计算机的重要组成部分。

存储器包括内存储器和外存储器。

内存储器包括主存储器和高速缓冲存储器，外存储器即辅助存储器。

主存储器简称主存，它位于主机内部。

本章介绍计算机的存储系统，包括主存储器的基本组成、层次结构和工作原理，高速缓冲存储器的工作原理，以及各类外存储器。

6.1 存储器与存储系统概述6.1.1 存储器的作用现代计算机都是以存储器为中心的计算机，存储器处于全机的中心地位。

存储器的作用可归纳为：⑴存放程序和数据。

计算机执行的程序、程序运行所需要的数据都是存放在存储器中的。

⑵现代计算机可以配置的输入输出设备越来越多，数据传送速度不断加快，并且多数采用直接存储器存取（DMA）方式和输入输出通道技术，与存储器直接交换数据而不通过CPU。

⑶共享存储器的多处理器计算机的出现，使得可利用存储器来存放共享数据，并实现各处理器之间的通信，更加强了存储器作为整个计算机系统中心的作用。

6.1.2 存储器分类⒈按存取方式分类⑴随机存取存储器RAM(Random Access Memory）特点：存储器中任何一个存储单元都能由CPU或Ｉ/O设备随机存取，且存取时间与存取单元的物理位置无关。

用途：常用作主存或高速缓存。

⑵只读存储器ROM(Read-Only Memory）特点：存储器的内容只能读出而不能写入。

用途：常用来存放固定不变的系统程序。

作为固定存储，故又叫“固存”。

随着用户要求的提高，只读存储器产品从ROM→可编程只读存储器PROM→光可擦除可编程只读存储器EPROM→电可擦除可编程的只读存储器EEPROM，为用户方便地存入和改写内容提供了物质条件。

⑶顺序存取存储器SRAM特点：存储器中存储的信息（字或者记录块），完全按顺序进行存放或读出，在信息载体上没有惟一对应的地址号，访问指定信息所花费的时间和信息所在存储单元的物理位置密切相关。

计算机系统的基础知识有关计算机系统的基础知识本章主要内容计算机系统结构基础计算机操作系统基础1.计算机系统结构的基础计算机系统结构的基础概念主要研究软件、硬件功能分配，确定软件、硬件界面，即从机器语言程序员或编译程序设计者的角度所看到的物理系统的抽象。

计算机系统的分类Fly分类SISDSIMDMISDMIMD2.CPU结构及分类CPU的结构运算器控制器寄存器输入输出总线分类16位32位64位3.指令系统及其分类指令系统的基础概念指令系统是计算机所有指令的集合。

程序员用各种语言编写的程序都有翻译成以指令形式表示的机器语言后才能运行，所以指令系统反映了计算机的基本功能，是硬件设计人员和程序员都能看到的机器的主要属性。

分类复杂指令系统（CISC）：随着硬件成本的不断下降，软件成本的不断提高，使得人们热衷于在指令系统中增加更多的指令和复杂的指令，来提高操作系统的效率，并尽量缩短指令系统与高级语言的语义差别，以便高级语言的编译和降低软件成本，同时为了保证程序兼容，新的计算机的指令系统只能增加而不能减少，所以就使得指令系统越来越来复杂精简指令系统（RISC）：通过简化指令使计算机的结构更加简单合理，从而提高运算速度！RISC的特点及其优缺点4.存储系统的基础知识基本概念存储器主要用于存放计算机的程序和数据，存储器系统指的是存储器硬件设备以及管理该存储器的'软、硬件设备。

对存储器的基本要求是增大容量、提高速度、降低价格。

单一的存储器硬件（主存储器）难以满足要求。

所以就提出了多层次的存储体系结构（即：寄存器---Cache--主存—外存）在计算机中存放当前正在执行的程序以及被程序所使用的数据（包括运算结果）原存储器称为主存储器。

也就是我们所说的内存5.主存储器的种类按读写功能来分：是否需要定期刷新：静态：不停电情况下能长时间保留不变，速度快，但容量小，成本高动态：不停电的情况下也要定期刷新，容量大，成本低，常用在计算机系统中，常见的有：SDRAM、DDR等可读写（RAM）可擦写只读：EPRM（可擦写，用紫外线擦写）EERM（可用电擦写）FLASH（电读写，但只能以块为单位，速度快，成本低，现在最常用）可编程：ERM（通过编程一次性写入）只读：RM（制造时一次性写入）6.存储器容量的扩展位扩展：位扩展是对存储器的位数进行扩充字扩展：是对存储器的容量进行扩展位、字扩展：对位数和容量都进行扩展7.多体交叉存储为了协调存储器与CPU速度的，其工作原理是：将存储器分成几个独立的个体，这样第一次就能进行多个字的数据读写！影响多体交叉效率的因素：多体存储的模值M数据的分布情况较移指令8.Cache的基础知识基本概念在多级存储体系中，Cache处于CPU与存储器之间，其目的是使程序员能使作一个速度与CACHE相当而容量与主存相当的存储器。

存储的概念及类别
存储是指将数据、信息或其他类型的资源保存在某种介质中，以便之后可以访问和使用。

存储可以分为多种类别，如下所示：
1. 主存储器（Main Memory）：也称为内存（Memory），是
计算机系统中用来存储当前运行程序、操作系统和数据的地方。

主存储器的访问速度非常快，但是容量有限，一般为几个G
到数十个G。

2. 辅助存储器（Secondary Storage）：包括硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）、固态硬盘（Solid State Drive，SSD）、
光盘、磁带等设备。

辅助存储器的容量通常比主存储器大得多，但是访问速度较慢。

它用于长期存储数据和文件，不易丢失。

3. 缓存存储器（Cache Memory）：位于处理器和主存储器之间，用于加快CPU对数据和指令的访问速度。

缓存存储器的
容量较小，但是访问速度非常快。

4. 可移动存储器（Portable Storage）：包括USB闪存驱动器、记忆卡、便携式硬盘等设备。

可移动存储器可以将数据从一台计算机携带到另一台计算机，并方便地进行数据传输和共享。

5. 网络存储器（Network Storage）：使用网络连接的方式存储
数据，如局域网（LAN）中的文件服务器、云存储等形式。

总体上，存储的概念是为了将数据或资源保存起来，以便日后可以进行访问、处理和共享。

不同类型的存储器在容量、速度、
可移动性等方面有所区别，可以根据具体需求选择适当的存储设备。

计算机系统组成与基本⼯作原理计算机系统知识关键词：计算机的组成、基本⼯作原理、体系结构、存储系统、计算机安全、可靠性与系统性能评测。

重点：（1）计算机的组成：计算机的发展以及硬件、软件组成。

（2）计算机基本⼯作原理：数制，汉字编码和CPU结构⼯作流程（3）计算机体系结构：体系结构的发展和分类、存储系统、指令系统、输⼊输出技术、流⽔线、总线、并⾏处理。

（4）计算机系统的可靠性、性能评估1计算机系统组成与基本⼯作原理1.1 计算机系统组成计算机系统分为硬件和软件系统。

计算机硬件是计算机系统中的物质基础，是摸得见看得着的。

计算机软件是程序、数据、相关⽂档的集合，包括系统软件和应⽤软件。

计算机系统的组成如下：1.2计算机硬件系统计算机硬件5⼤组成部分：运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。

计算机硬件的电线结构包括：单总线结构、双总线结构和采⽤通道的⼤型系统结构。

单总线结构：使⽤⼀组系统总线将计算机的各个部件连接起来，各部件通过总线交换信息。

⼀般⽤在⼩型或者微型计算机。

优点：易于扩充新I/O设备，I/O设备的寄存器和主存储器可以统⼀编址使CPU访问I/O更加灵活。

缺点：限制了信息传送的吞吐率。

双总线结构：常见的就是在内存和CPU之间设置⼀组专有的⾼速存储总线。

分为以CPU为中⼼的双总线和以存储器为中⼼的双总线。

以存储器为中⼼的双总线结构：主存储器通过存储总线和CPU交换信息，同时可以通过系统总线与I/O设备交换信息。

优点：信息传输效率⾼。

缺点：增加硬件成本。

以cpu为中⼼的双总线结构：优点：控制线路简单，对I/O的总线的要求低。

缺点：CPU效率低。

采⽤通道的⼤型系统结构：⼀台主机可以连接多个通道，⼀个通道可以连接⼀台或多台I/O设备，具有较⼤的扩展性。

由通道控制I/O设备，减少了CPU的压⼒，提⾼了系统效率。

1.3 基本⼯作原理（1）数制转换10进制转换成其他的都是除以要转换成的那个数，也就是说转换成⼆进制的就除以2，转换成⼋进制的就除以8，转换成⼗六进制的就除以16，然后倒取余数。