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
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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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。

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。

说明计算机系统的层次结构
计算机系统的层次结构是指计算机硬件和软件组成的层次化结构。

计算机系统的层次结构从低到高分为五层：物理层、数字逻辑层、微程序层、指令集体系结构层和操作系统层。

物理层是计算机系统的最底层，它包括了计算机硬件的各种组件，如CPU、内存、硬盘、显示器等。

数字逻辑层是物理层之上的一层，它包括了计算机中的各种数字逻辑电路，如门电路、寄存器、计数器等。

数字逻辑层的主要任务是对物理层的硬件进行控制和管理，以实现计算机指令的执行。

微程序层是数字逻辑层之上的一层，它是计算机指令执行的关键。

在微程序层中，指令被翻译成微指令，然后在控制单元中执行。

微程序层对于指令执行的速度和灵活性起着至关重要的作用。

指令集体系结构层是微程序层之上的一层，它是计算机指令集的抽象层次。

在这一层中，计算机指令的操作码、寄存器等被规定。

指令集体系结构层决定了计算机的指令集和寻址方式等重要特性。

操作系统层是计算机系统的最高层，它是计算机系统的管理者。

操作系统层包括了各种系统软件，如操作系统、驱动程序、应用软件等。

操作系统层负责管理计算机的各种资源，如内存、CPU、输入输出设备等，为用户提供方便的计算环境。

总之，计算机系统的层次结构是一个由低到高、层层递进的结构，每一层都承担着不同的任务和职责。

只有各个层次之间的紧密协作和相互配合，才能使计算机系统正常运行。