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计算机系统的层次结构?

归档日期:08-08       文本归类:多处理器调度      文章编辑:爱尚语录

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  计算机系统层次结构的概念,目前比较一致的计算机系统的层次结构如下图1.4,其中左边是层次结构中各层次的名字,右边是对应于不同层的某种编程语言表现形式。

  该级的编程工具是微指令集,程序员用微指令编写的微程序,由硬件直接执行。(如图中最下一行右边的PCWrite =1表示对PC寄存器的写控制,详细内容在控制器部分将详细学习)。计算机组成原理在计算机系统层次结构中所处的层次就是微程序设计级。

  该级的编程工具是计算机的机器语言指令集,程序员用机器指令编写的程序由微程序进行解释执行。

  从操作系统的基本功能来看,一方面它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。

  该级的编程工具是汇编语言指令集。与第二层所采用的机器语言编程工具相比,采用汇编语言编写程序便于理解与记忆。

  该集的编程工具是各种高级语言如C语言等,高级语言源程序通常用编译程序来完成高级语言翻译后才能被底层的硬件执行。

  1)各层次之间的关系十分密切,高层是低层功能的扩展,低层是高层实现的基础。

  2)站在不同的层次观察计算机系统,到关于计算机不同的概念。上图第二列分别对应地给出了从高级语言、汇编语言、机器语言和微程序设计级所看到的计算机的不同编程工具。

  3)层次划分不是绝对的。计算机系统的层次结构会随着软件硬化和硬件软化而动态变化。

  该级的编程工具是微指令集,程序员用微指令编写的微程序,由硬件直接执行。(如图中最下一行右边的PCWrite =1表示对PC寄存器的写控制,详细内容在控制器部分将详细学习)

  该级的编程工具是计算机的机器语言指令集,程序员用机器指令编写的程序由微程序进行解释执行

  从操作系统的基本功能来看,一方面它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

  该级的编程工具是汇编语言指令集。与第二层所采用的机器语言编程工具相比,采用汇编语言编写程序便于理解与记忆

  该集的编程工具是各种高级语言如C语言等,高级语言源程序通常用编译程序来完成高级语言翻译后才能被底层的硬件执行

  1)各层次之间的关系十分密切,高层是低层功能的扩展,低层是高层实现的基础。

  2)站在不同的层次观察计算机系统,到关于计算机不同的概念。上图第二列分别对应地给出了从高级语言、汇编语言、机器语言和微程序设计级所看到的计算机的不同编程工具。

  计算机系统指用于数据库管理的计算机硬软件及网络系统。数据库系统需要大容量的主存以存放和运行操作系统、数据库管理系统程序、应用程序以及数据库、目录、系统缓冲区等,而辅存则需要大容量的直接存取设备。此外,系统应具有较强的网络功能。

  计算机系统的特点是能进行精确、快速的计算和判断,而且通用性好,使用容易,还能联成网络。①计算:一切复杂的计算,几乎都可用计算机通过算术运算和逻辑运算来实现。②判断:计算机有判别不同情况、选择作不同处理的能力,故可用于管理、控制、对抗、决策、推理等领域。③存储:计算机能存储巨量信息。④精确:只要字长足够,计算精度理论上不受限制。

  2013-08-11展开全部软件系统可以进一步划分为系统软件、支撑软件和应用软件三个层次。

  系统软件是计算机系统中基础的软件系统,它包括操作系统、编译系统和数据库等。其中操作系统在软件系统的最下层,紧接着底层硬件.

  支撑软件包括网络通信程序、多媒体支持软件、硬件接口程序、实用软件工具以及软件开发工具等等。网络通信程序完成计算机网络通信的功能。多媒体支持软件协助计算机系统实现对图形、图像、语音和视频等多媒体信息的处理。硬件接口程序提供与各种计算机外部设备的连接支持。

  2013-08-11展开全部需要达到 识记 层次的基本概念和术语有:数据、数据元素、数据项、数据结构。特别是数据结构的逻辑结构、存储结构及数据运算的含义及其相互关系。数据结构的两大类逻辑结构和四种常用的存储表示方法。

  需要达到 领会 层次的内容有算法、算法的时间复杂度和空间复杂度、最坏的和平均时间复杂度等概念,算法描述和算法分析的方法、对一般的算法要能分析出时间复杂度。

  数据元素是数据的基本单位,有时一个数据元素可以由若干个数据项组成。数据项是具有独立含义的最小标识单位。如整数这个集合中,10这个数就可称是一个数据元素.又比如在一个数据库(关系式数据库)中,一个记录可称为一个数据元素,而这个元素中的某一字段就是一个数据项。

  数据结构的定义虽然没有标准,但是它包括以下三方面内容: 逻辑结构、存储结构、和对数据的操作 。这一段比较重要,我用自己的语言来说明一下,大家看看是不是这样。

  比如一个 表 ( 数据库 ),我们就称它为一个数据结构,它由很多 记录 ( 数据元素 )组成,每个元素又包括很多 字段 ( 数据项 )组成。那么这张表的逻辑结构是怎么样的呢? 我们分析数据结构都是从 结点 (其实也就是元素、记录、顶点,虽然在各种情况下所用名字不同,但说的是同一个东东)之间的关系来分析的,对于这个表中的任一个记录(结点),它只有一个 直接前趋 ,只有一个 直接后继 (前趋后继就是前相邻后相邻的意思),整个表只有一个 开始结点 和一个 终端结点 ,那我们知道了这些关系就能明白这个表的逻辑结构了。

  而 存储结构 则是指用 计算机语言 如何表示结点之间的这种关系。如上面的表,在计算机语言中描述为连续存放在一片内存单元中,还是随机的存放在内存中再用指针把它们链接在一起,这两种表示法就成为两种不同的存储结构。( 注意,在本课程里,我们只在高级语言的层次上讨论存储结构。 )

  第三个概念就是对 数据的运算 ,比如一张表格,我们需要进行查找,增加,修改,删除记录等工作,而怎么样才能进行这样的操作呢? 这也就是数据的运算,它不仅仅是加减乘除这些算术运算了,在数据结构中,这些运算常常涉及算法问题。

  通常我们就将数据的 逻辑结构 简称为 数据结构 ,数据的逻辑结构分两大类: 线性结构 和 非线性结构 (这两个很容易理解)

  数据的存储方法有四种: 顺序存储方法 、 链接存储方法 、 索引存储方法和散列存储方法 。

  下一个是 难点 问题,就是算法的描述和分析,主要是 算法复杂度 的分析方法及其运用。

  首先了解一下几个概念。一个是 时间复杂度 ,一个是 渐近时间复杂度 。前者是某个算法的时间耗费,它是该算法所求解问题 规模 n的函数,而后者是指当问题规模趋向无穷大时,该算法 时间复杂度的数量级。

  当我们评价一个算法的时间性能时,主要标准就是 算法的渐近时间复杂度 ,因此, 在算法分析时,往往对两者不予区分,经常是将渐近时间复杂度T(n)=O(f(n)简称为时间复杂度,其中的f(n)一般是算法中频度最大的语句频度 。

  此外,算法中语句的频度 不仅与问题规模有关,还与输入实例中各元素的取值相关 。但是我们总是考虑在最坏的情况下的时间复杂度。以保证算法的运行时间不会比它更长。

  时间复杂度的分析计算请看书本上的例子,然后我们通过做练习加以领会和巩固。

  1.1 简述下列概念:数据、数据元素、数据类型、数据结构、逻辑结构、存储结构、线性结构、非线性结构。

  ◆ 数据元素 :就是数据的基本单位,在某些情况下,数据元素也称为元素、结点、顶点、记录。数据元素有时可以由若干 数据项 组成。

  ◆ 数据结构 :指的是数据之间的相互关系,即数据的组织形式。一般包括三个方面的内容:数据的 逻辑结构 、 存储结构 和 数据的运算 。

  ◆ 线性结构 :数据逻辑结构中的一类,它的特征是若结构为非空集,则该结构有且只有一个 开始结点 和一个 终端结点 ,并且所有结点都最多只有一个 直接前趋 和一个 直接后继 。线性表就是一个典型的线性结构。

  ◆ 非线性结构 :数据逻辑结构中的另一大类,它的逻辑特征是一个结点可能有多个直接前趋和直接后继。

  1.2 试举一个数据结构的例子、叙述其逻辑结构、存储结构、运算三个方面的内容。

  ◆ 例如有一张学生成绩表,记录了一个班的学生各门课的成绩。按学生的姓名为一行记成的表。这个表就是一个数据结构。每个记录(有姓名,学号,成绩等字段)就是一个结点,对于整个表来说,只有一个开始结点(它的前面无记录)和一个终端结点(它的后面无记录),其他的结点则各有一个也只有一个直接前趋和直接后继 (它的前面和后面均有且只有一个记录)。这几个关系就确定了这个表的逻辑结构。

  那么我们怎样把这个表中的数据存储到计算机里呢? 用高级语言如何表示各结点之间的关系呢? 是用一片连续的内存单元来存放这些记录(如用数组表示)还是随机存放各结点数据再用指针进行链接呢? 这就是存储结构的问题,我们都是从高级语言的层次来讨论这个问题的。(所以各位赶快学C语言吧)。

  最后,我们有了这个表(数据结构),肯定要用它,那么就是要对这张表中的记录进行查询,修改,删除等操作,对这个表可以进行哪些操作以及如何实现这些操作就是数据的运算问题了。

  ◆ 顺序存储方法 :它是把逻辑上相邻的结点存储在物理位置相邻的存储单元里,结点间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来体现。由此得到的存储表示称为 顺序存储结构 。

  ◆ 链接存储方法 :它不要求逻辑上相邻的结点在物理位置上亦相邻,结点间的逻辑关系是由附加的指针字段表示的。由此得到的存储表示称为 链式存储结构 。

  ◆ 索引存储方法 :除建立存储结点信息外,还建立附加的索引表来标识结点的地址。

  ◇ 这里我们复习一下渐近时间复杂度的表示法 T(n)=O(f(n)) ,这里的O是数学符号,它的严格定义是 若T(n)和f(n)是定义在正整数集合上的两个函数,则T(n)=O(f(n))表示存在正的常数C和 n 0 ,使得当n≥ n 0 时都满足0≤T(n)≤C·f(n)。 用容易理解的话说就是 这两个函数当整型自变量n趋向于无穷大时,两者的比值是一个不等于0的常数 。这么一来,就好计算了吧。第(1)题中两个函数的最高次项都是n^3,因此当n→∞时,两个函数的比值是一个常数,所以这个关系式是成立的。

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