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。
3. 多媒体软件
多媒体软件用于处理和播放多媒体内容，如音频和视频。它们提供了播放、编辑和转换多媒体文件的功能。
总结：
计算机系统的组成和层次结构是相互配合和协作的，其中硬件系统提供基本的计算能力和数据存储功能，操作系统负责管理和调度硬件资源，应用软件则提供各种功能和服务给用户使用。通过逐层分析和描述计算机系统的组成和层次结构，我们可以更好地理解计算机系统的工作原理和运行机制。
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。
计算机体系结构与组成原理计算机体系结构与组成原理讨论了计算机系统的基本原理、组成结构和相互关系。它研究了计算机的硬件和软件组件，并介绍了计算机如何执行指令以及数据在计算机内部的处理方式。本文将从计算机体系结构和计算机组成原理两个方面来探讨这一主题。 一、计算机体系结构 计算机体系结构是指计算机硬件和操作系统之间的接口关系。它定义了计算机的结构、功能和性能特征，包括内存、输入输出设备和处理器等组件。计算机体系结构的设计决定了计算机系统的可扩展性和性能。 1. 冯·诺依曼体系结构 冯·诺依曼体系结构是一种广泛应用的计算机体系结构，是由冯·诺依曼于1945年提出的。它包括了一个存储器、一个运算器、一个控制器、输入设备和输出设备等组件。其中存储器用于存储数据和指令，运算器用于执行算术和逻辑运算，控制器用于指挥各个组件的操作。 2. 硬件层次结构 计算机体系结构还可以按照硬件的层次结构进行分类。常见的硬件层次结构包括计算机系统、总线、处理器和存储器等。计算机系统是最高层次的硬件，它由多个处理器和存储器组成，并通过总线进行连接。
二、计算机组成原理 计算机组成原理研究了计算机硬件的内部结构和功能，包括处理器、存储器、输入输出设备等。它关注计算机内部数据的存储、传输和处 理方式。 1. 处理器 处理器是计算机的核心组件，负责执行指令和处理数据。它由控制 器和算术逻辑单元组成。控制器用于解析和执行指令，算术逻辑单元 用于执行算术和逻辑运算。 2. 存储器 存储器用于存储计算机内部的数据和指令。根据存取方式的不同， 存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM用于临时存储数据和程序，而ROM则用于存储固定的指令和数据。 3. 输入输出设备 输入输出设备用于将数据和指令传递给计算机系统，或将计算结果 输出到外部设备。常见的输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器和打 印机等。 三、计算机体系结构与组成原理的关系 计算机体系结构和组成原理是相互关联的，在计算机系统设计和优 化过程中起着重要作用。
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。
一计算机系统体系结构 1.1 什么是计算机体系结构 本章的第一个概念是计算机系统(computer system)。 计算机系统包括读取并执行程序的中央处理单元(CPU， 保存程序和数据的存储器以及将芯片转换为实用系统的其他子系统。 这些子系统会使CPU与显示器、打印机、Internet等外部设备之间的通信变得更加容易。 •cpu(处理器): 计算机实际执行程序的部分 •微处理器: 在单个硅片上实现的CPU •微机: 围绕微处理器构建的计算机 计算机的性能既取决于CPU；也取决于其他子系统。如果不能高效进行数据传输，仅仅提高CPU的性能是毫无意义的。 Figure 1:
•信息(程序和数据): 保存在存储器中；计算机会使用不同类型的存储器，达到不同的目的。 –如果不能叫信息保存在正确的存储器，那么CPU的速度再快也将毫无意义 –Cache: 保存常用的数据是高速专用的存储器。 –主存: 存放大量的工作数据，断电消失 –辅存: 指磁盘等，用于存储海量的数据。永久存储 •组成计算机的各个子系统通过总线连接在一起， 数据通过总线从计算机中的一个位置传递到另一个位置。
什么是计算机 Figure 2: •输入: 指用户交给计算机的信息 •输出: 指计算机返回给用户的信息 可编程计算机接收两种类型的输入: 它将要处理的数据，以及准确描述要如何处理输入数据的程序。 程序不过是计算机所执行的完成给定任务的操作序列。
Figure 3: •CPU读程序并完成程序指定的操作。内部使用寄存器来保存数据 •存储器系统保存两类信息:程序，程序处理或产生的数据 计算机从存储器中读出指令并执行这些指令(即完成或执行指令定义的动作)。 执行指令时，可能要从存储器中读出数据，对数据进行操作，将数据写回存储器。 寄存器是CPU内部用来存放数据的存储单元。时钟提供了脉冲流, 所有内部操作都在时钟脉冲的触发下进行。时钟频率是决定计算机速度的一个因素
简述计算机系统的结构组成计算机系统是由多种硬件和软件组成的复杂系统，能够执行各种计算任务。它包括计算机硬件、操作系统、应用软件以及用户等多个方面。下面将从计算机硬件、操作系统、应用软件和用户四个方面来详细介绍计算机系统的结构组成。 一、计算机硬件 计算机硬件是计算机系统的物理部分，主要包括中央处理器（CPU）、内存、存储器、输入设备、输出设备和通信设备等。 1.中央处理器（CPU） 中央处理器是计算机的核心部件，负责执行计算机程序中的指令以及进行数据处理。它包括运算单元、控制单元和寄存器等组成。运算单元负责进行各种算术运算和逻辑运算，控制单元负责控制指令的执行顺序，寄存器用于临时存放数据和指令。 2.内存
内存是计算机系统中用于存储数据和指令的部件，也是中央处理器能够快速访问数据的地方。它分为主存储器和辅助存储器两种。主存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM），用于存储程序和数据；辅助存储器包括硬盘、光盘、闪存等，用于长期存储和备份数据。 3.存储器 存储器是指计算机系统中用于存储数据的硬件设备，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。随机存储器用于临时存放数据和程序，具有读写功能；只读存储器则用于存放固化的程序和数据，只能读取而不能写入。 4.输入设备 输入设备用于将外部信息传输给计算机系统，包括键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。键盘用于输入文字和命令，鼠标用于控制光标和选择操作，扫描仪和摄像头用于将实物转化为数字格式。 5.输出设备
输出设备用于将计算机系统处理结果显示或输出，包括显示器、 打印机、投影仪、耳机等。显示器用于显示文字、图像和视频等，打 印机用于将计算结果打印出来，投影仪用于将计算结果投影到屏幕上，耳机用于音频输出。 6.通信设备 通信设备用于计算机之间或计算机与外部设备之间的数据传输， 包括网卡、调制解调器、路由器等。网卡用于计算机和局域网之间的 数据传输，调制解调器用于计算机和广域网之间的数据传输，路由器 用于数据包的转发和路由选择。 二、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硬件 的各个部件以及协调用户和计算机系统之间的交互。 1.进程管理 操作系统通过进程管理来管理计算机系统中的各个进程，包括进 程的创建、调度、切换和销毁等。它能够确保每个进程都能够得到合 理的资源分配，并协调进程之间的相互影响。
1.2.1 计算机系统的基本组成 1．计算机系统的基本结构 一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成。硬件是计算机的实体，又称为硬设备，是所有固定装置的总称。它是计算机实现其功能的物质基础，其基本配置可分为：主机、键盘、显示器、光驱、硬盘、软盘驱动器、打印机、鼠标等。软件是指挥计算机运行的程序集，按功能分系统软件和应用软件。
图计算机系统的组成 2．存储程序控制的基本概念 "存储控制程序"的概念是美籍匈牙利数学家冯•诺依曼等于1946年提出的，概括起来有如下一些特点： （1）由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件组成计算机，并规定了这五个部分的基本功能。 （2）采用二进制形式表示数据和指令。 （3）将程序和数据事先放在存储器中，使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令并加以执行。 这就是存储程序控制的概念。这样一些概念奠定了现代计算机的基本结构，但就其结构原理来说，至今占有主流地位的仍是以存储程序控制原理为基础的冯•诺依曼型计算机。如下图所示。
图冯•诺依曼结构计算机 查看概念介绍计算机内所有的信息都是以二进制的形式表示的，单位是位。 位：计算机只认识由0或1组成的二进制数。二进制数中的每个0或1就是信息的最小单位，称为“位”(bit)。 字节：字节是衡量计算机存储容量的单位。一个8位的二进制数据单元称一个字节(byte)。在计算机内部，一个字节可以表示一个数据，也可以表示一个英文字母或其他特殊字符，两个字节可以表示一个汉字。 字：在计算机中，字是作为一个整体单元进行存储和处理的一组二进制数。一台计算机字的二进制数的位数是固定的。 字长：一个字中包含二进制数位数的多少称为字长。字长是标志计算机精度的一项技术指标。 存储容量：存储器可以容纳的二进制信息量。存储容量的单位是：1KB=1024 bit，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。 1.2.2 计算机硬件系统 计算机系统的硬件主要是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等几部分组成。由于运算器、控制器、存储器三个部分是信息加工、处理的主要部件，所以把它们合称为"主机"，而输入、输出设备等则合称为"外部设备"。又因为运算器和控制器不论在逻辑关系上或是在结构工艺上都有十分紧密的联系，往往组装在一起，所以将这两个部分称为"中央处理机"（Central Processing Unit，简称CPU）。 注：点击蓝框中的文字查看各组成部分的详细介绍。
一、计算机体系结构的基本概念 计算机体系结构是指机器语言程序的设计者或是编译程序设计者所看到的计算机系统的概念性结构和功能特性。Amdahl所定义的体现结构是指程序员面对的是硬件的系统。所关心的是如何合理的进行软硬件功能的分配。 计算机系统结构是指机器语言级的程序员所了解的计算机的属性，即外特性。可以包含数据表示，寄存器定义、数量、使用方式，指令系统，中断系统，存存储系统，IO系统等。 计算机组成是计算机结构的逻辑实现。可以包含数据通路宽度，专用部件设置，缓冲技术，优化处理等。 计算机的实现是指其计算机组成的物理实现。包括处理机，主存部件的物理结构，器件的集成度，速度的选择，模块、硬件、插件底板的划分和连接。 从使用语言的角度，可以把计算机系统按功能从高到低分为7级：0应用语言机器级、1高级程序语言机器级、2汇编语言机器级、3操作系统机器级、4传统机器语言机器级、5微程序机器级和6电子线路级。3～6级为虚拟机，其语言功能均由软件实现。 硬件功能分配的基本原则：（1）功能要求。首先是应用领域对应的功能要求，其次是对软件兼容性的要求；（2）性能要求。如运算速度，存储容量，可靠性，可维护性和人机交互能力等；（3）成本要求。 体系结构设计的方法有三种：由上而下－从考虑如何满足应用要求开始设计；由下而上－基于硬件技术所具有的条件；由中间开始的
方法。 体系设计的步骤：需求分析、需求说明、概念性设计、具体设计、优化和评价。 计算机体系结构的分类：（1）弗林FLYNN分类法：按指令流和数据流将计算机分为4类：①单指令流、单数据流－Single Instruction Stream Single Data Stream，SISD。计算机，即传统的单处理机，通常用的计算机多为此类，如脉动阵列计算机systolic array；②单指令流、多数据流－Multiple，SIMD。典型代表是并行处理机。其并行性在于指令一级。如ILLIAC、PEPE、STARAN、MPP等； ③MISD计算机；④MIMD计算机。多处理机系统，实现全面并行的理想结构。可以通过共享存储器和消息传递来耦合系统，每个处理器分别执行系统分配的程序，同时执行多个指令流对多个数据流不同的处理，如IBM3081/3084，Cray-2等。//弗林分类法基本上是对除流水 而不包括对像数据流计算机这种非诺衣曼型机器进行分类；（2）冯氏分类法。依据是并行度－即计算机在单位时间内能够处理的最大二进制位数。据此分为4类：①字串位串Word Serial and Bit Serial。WSBS计算机。只有一个串行的处理部件，每字长1位；②字并位串Parallel。WPBS计算机。只有一个处理部件。该部件处理字长n位；③字串位并WSBP 计算机。有多个处理部件。每个处理部件字长1位；④字并位并WPBP 计算机。有多个处理部件，各部件字长也并行，如ILLICA2计算机具有64个字长64位的处理单元。
信息系统的组成层次 一、概述 信息系统是由硬件、软件、数据、网络和人员组成，用于收集、处理、存储和分发信息以支持组织的运作。它在今天的商业环境中起着至关重要的作用，帮助组织提高效率、提高决策质量，并为组织创造价值。信息系统可以分为五个层次：硬件层次、操作系统层次、应用软件层次、数据层次和人员层次。 二、硬件层次 硬件层次是指信息系统中的物理设备，包括计算机、服务器、网络设备等。在信息系统中，硬件层次的作用是承载和执行软件程序，并处理和存储数据。常见的硬件组件包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、输入设备和输出设备等。 在信息系统的硬件层次中，有几个关键概念需要理解和应用： 1. 中央处理器（CPU） 中央处理器是计算机的核心组件，负责执行指令、进行算术和逻辑运算，以及协调和控制计算机的各个部件。CPU的性能和效能对整个信息系统的运行速度和处理能力都有重要影响。 2. 内存 内存是计算机中用于存储数据和指令的临时存储器，其容量决定了计算机能够同时处理的数据量大小。内存中的数据可以被CPU直接读取和操作，因此内存的大小和速度对信息系统的性能有重要影响。 3. 硬盘 硬盘是计算机中用于永久存储数据的设备，它能够长期保存数据，即使计算机断电也不会丢失。硬盘的容量决定了信息系统可以存储的数据量大小。
4. 输入设备和输出设备 输入设备用于将外部数据输入到计算机中，如键盘、鼠标、扫描仪等。输出设备将计算机处理的数据显示或输出到外部媒体中，如显示器、打印机、投影仪等。输入设备和输出设备是信息系统与外部环境进行交互的桥梁。 三、操作系统层次 操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源的程序集合。它提供了一个用户和计算机之间的接口，并负责管理计算机内存、处理器、文件系统和外设等。操作系统层次的功能是保证信息系统的稳定和可靠运行。 在信息系统的操作系统层次中，有几个关键概念需要理解和应用： 1. 多任务处理 操作系统可以同时运行多个程序，并使它们在同一个计算机上共享硬件资源。多任务处理的好处是提高了信息系统的利用率和效率，使得多个用户能够同时进行工作。 2. 内存管理 操作系统负责将内存中的空闲空间分配给正在运行的程序，并对内存中的数据进行保护和管理。内存管理的目标是最大限度地利用内存资源，提高信息系统的性能和响应速度。 3. 文件管理 操作系统负责管理计算机中的文件和文件系统。它提供了一组文件操作和访问的接口，使得用户能够方便地创建、删除、复制和移动文件。文件管理的目标是提高信息系统对数据的存储、组织和访问效率。 4. 设备管理 操作系统负责管理计算机的输入设备和输出设备，以及与它们的交互。设备管理的目标是提供对设备的高效访问和使用，并保证设备的稳定和可靠地运行。
计算机操作系统典型体系结构 计算机的典型操作系统结构你知道有哪些吗?下面由店铺为大家整理了计算机操作系统典型体系结构的相关知识，希望对大家有帮助! 计算机操作系统典型体系结构一、模块组合结构 模块组合结构是在软件工程出现以前的早期操作系统以及目前一些小型操作系统最常用的组织方式。 操作系统刚开始发展时是以建立一个简单的小系统为目标来实现的，但是为了满足其他需求又陆续加入一些新的功能，其结构渐渐变得复杂而无法掌握。以前我们使用的MS-DOS就是这种结构最典型的例子。这种操作系统是一个有多种功能的系统程序，也可以看成是一个大的可执行体，即整个操作系统是一些过程的集合。系统中的每一个过程模块根据它们要完成的功能进行划分，然后按照一定的结构方式组合起来，协同完成整个系统的功能。如图1所示: 在模块组合结构中，没有一致的系统调用界面，模块之间通过对外提供的接口传递信息，模块内部实现隐藏的程序单元，使其对其它过程模块来说是透明的。但是，随着功能的增加，模块组合结构变得越来越复杂而难以控制，模块间不加控制地相互调用和转移，以及信息传递方式的随意性，使系统存在一定隐患。 计算机操作系统典型体系结构二、层次结构 为了弥补模块组合结构中模块间调用存在的固有不足之处，就必须减少模块间毫无规则的相互调用、相互依赖的关系，尤其要清除模块间的循环调用。从这一点出发，层次结构的设计采用了高层建筑结构的理念，将操作系统或软件系统中的全部构成模块进行分类:将基础的模块放在基层(或称底层、一层)，在此基础上，再将某些模块放在二层，二层的模块在基础模块提供的环境中工作;它只能调用基层的模块为其工作，反之不行。严格的层次结构，第N+l层只能在N层模块提供的基础上建立，只能在N层提供的环境中工作，也只能向N层的模块发调用请求。 在采用层次结构的操作系统中，各个模块都有相对固定的位置、
计算机体系结构解析 计算机体系结构是指计算机硬件与软件之间的接口和互动关系，是 计算机系统中最重要的组成部分之一。计算机体系结构的设计和优化 对于计算机的性能和功能起着至关重要的作用。本文将对计算机体系 结构进行解析，探讨其基本原理和发展趋势。 一、计算机体系结构的定义和分类 计算机体系结构是指计算机硬件与软件之间的接口和互动关系。在 计算机体系结构的发展过程中，出现了多种不同的体系结构类型，其 中最主要的有冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。 1. 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概念的计算机体系结构。它的关键特点是将数据和指令存储在同一存储器中，并采用顺序执行的 方式进行计算。冯·诺依曼体系结构的优点是程序灵活，易于编程和维护，但缺点是存在冯·诺依曼瓶颈，即计算机在执行指令时需要通过存 储器进行数据传输，限制了计算能力的提升。 2. 哈佛体系结构 哈佛体系结构是一种将指令存储和数据存储分离的计算机体系结构。在哈佛体系结构中，指令存储和数据存储使用不同的存储器，可以同 时进行指令的取指和数据的读写操作，提高了计算机的并行性和运算 速度。哈佛体系结构的缺点是编程和维护相对困难，且成本较高。
二、计算机体系结构的基本原理 计算机体系结构的设计和实现是建立在一系列基本原理之上的。下 面介绍一些常见的计算机体系结构基本原理。 1. 指令集架构(ISA) 指令集架构是计算机体系结构的基础，它定义了计算机能够执行的 指令集合。不同的指令集架构拥有不同的指令集和寻址方式，对计算 机的性能和功能有着重要影响。常见的指令集架构包括x86、ARM等。 2. 存储器层次结构 存储器层次结构是计算机体系结构中的重要组成部分。它由多级存 储器组成，包括寄存器、高速缓存、主存储器等。存储器层次结构的 设计旨在提高存储器的访问速度和容量，以满足计算机系统对数据和 指令的高效访问需求。 3. 流水线和乱序执行 流水线和乱序执行是提高计算机性能的常见技术。流水线技术将指 令的执行过程划分为多个阶段，并同时执行多条指令，以提高指令的 执行效率。乱序执行技术通过动态调度指令的执行顺序，充分利用计 算资源，提高指令的并行度和整体性能。 三、计算机体系结构的发展趋势 计算机体系结构的发展一直在不断演进和改进，以适应不断增长的 计算需求和技术挑战。以下是计算机体系结构未来发展的一些趋势。
层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。 翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。 解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。 计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。 CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。 测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。 存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。其基本点是指令驱动。程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。 系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
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。 4. 总线：总线是各个计算机组件之间进行数据传输和通信的通道。它包括地址总线、数据总线和控制总线，通过这些总线，计算机各个部件可以相互通信和传输数据。
计算机系统的层次结构
1.01计算机系统的层次结构 翻译（编译程得） 翻译（汇编程序｝ 解秤 解释 1.02透明性的概念：本来存在的事物或特性从某个角度看去好像不存在。这里指使用者可以不了解的知识。 1.03计算机组成：计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部的数据流的组成以及逻辑设计等。 1.04计算机实现：是指计算机组成的物理实现。包括具体的逻辑电路设计和封装技术。 1.05指令流：机器执行的指令序列。数据流：由指令调用的数据序列 1.6 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与这种执行方式的使用频率或占用总执行时间的比例有关。 1.7程序的时间局部性：最近访问过的内容很可 能即将被再次使用；程序的空间局部性：地址临近的
内容可能在一定时间内被连续使用 1.8 系统结构的评价标准：性能、成本 1.9 冯诺依曼体系结构的特点：机器以运算器为中心；采用存储程序的原理；存储器按照地址访问，存储空间线性编址每个存储单元的位数相同并固定；控制流由指令流产生输入输出的方式:DMA、I/O 处理机、程序控制 2.01 RISC的定义与特点：RISC的设计是力争一个最小化的指令集，每条指令只执行一个基本的计算，复杂的运算由基本指令构成的子程序来完成。 大多数指令在单周期内完成（采用流水机制） LOAD/STOR结构 硬布线控制逻辑减少指令和寻址方式的种类固 定的指令格式 注重编译的优化 CISC 的定义与特点：增强指令功能，把越来越多的功能交由硬件来实现，并且指令的数量也是越来越多。 2.02 RISC 关键技术-- 延时转移技术，指令取消技术，重叠寄存器窗口技术，指令流调整技术，以硬件为主固件为辅。 2.3 数据表示是指计算机硬件能够直接识别，可以被
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。
计算机系统多个层次结构 推荐文章 高层次复合型人才培训心得体会3篇热度：在excle2010中如何将多个单元格内容连接起来热度： Word2003一次插入多个图片方法热度： Excel中if函数怎么设置多个条件热度：成都多个机构违规组织“占坑考试”是真的吗？教育局对此是怎么回应的？热度：计算机系统有多个层次结构，欢迎大家阅读这篇文章，一起来了解一下吧。 多级计算机系统 计算机不能简单地认为是一种电子设备，而是一个十分复杂的硬、软件结合而成的整体。它通常由五个以上不同的级组成，每一级都能进行程序设计，如图所示。 五级计算机层次系统 第一级是微程序设计级。这是一个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令。如果某一个应用程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运行应用程序。 第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由微程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级。 第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一级也称为混合级。 第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。如果应用程序采用汇编语言编写时，则机器必须要有这一级的功能;如果应用程序不采用汇编语言编写，则这一级可以不要。 第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。 微指令与微程序 微指令:同时发出的控制信号所执行的一组微操作.
例如: 加法指令的执行可分为:取指,计算地址,取操作数和加法运算四步,每一步都由一组微操作实现.这一组能同时执行的微操作就构成一条微指令. 微程序:一组微指令的集合. 这样: 程序由一组指令组成; 指令由一个微程序实现 微程序由一组微指令实现 微指令由一组微操作实现
. 一、计算机系统的基本组成 一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。 计算机硬件系统是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械和光电元器件等物理部件组成。直观地看，计算机硬件是一大堆设备，它们 图1-4 微型计算机系统组成框图 都是看得见摸得着的，是计算机进行工作的物质基础，也是计算机软件发挥作用、施展其技能的舞台。 计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序以及有关资料。所谓程序实际上是用户用于指挥计算机执行各种动作以便完成指定任务的指令的集合。用户要让计算机做的工作可能是很复杂的，因而指挥计算机工作的程序也可能是庞大而复杂的，有时还可能要对程序进行修改与完善。因此，为了便于阅读和修改，必须对程序作必要的说明或整理出有关的资料。这些说明或资料（称之为文档）在计算机执行过程中可能是不需要的，但对于用户阅读、修改、维护、交流这些程序却是必不可少的。因此，也有人简单地用一个公式来说明包括其基本内容：软件=程序+文档。 通常，人们把不装备任何软件的计算机称为硬件计算机或裸机。裸机由于不装备任何软件，所以只能运行机器语言程序，这样的计算机，它的功能显然不会得到充分有效的发挥。普通用户面对的一般不是裸机，而是在裸机之上配置若干软件之后构成的计算机系统。有了软件，就把一台实实在在的物理机器（有人称为实机器）变成了一台具有抽象概念的
逻辑机器（有人称为虚机器），从而使人们不必更多地了解机器本身就可以使用计算机，软件在计算机和计算机使用者之间架起了桥梁。正是由于软件的丰富多彩，可以出色地完成各种不同的任务，才使得计算机的应用领域日益广泛。当然，计算机硬件是支撑计算机软件工作的基础，没有足够的硬件支持，软件也就无法正常工件。实际上，在计算机技术的发展进程中，计算机软件随硬件技术的迅速发展而发展；反过来，软件的不断发展与完善又促进了硬件的新发展，两者的发展密切地交织着，缺一不可。计算机系统的组成如图1-4所示。 二、微型计算机的硬件系统 计算机硬件的基本功能是接受计算机程序的控制来实现数据输入、运算、数据输出等一系列根本性的操作。虽然计算机的制造技术从计算机出现到今天已经发生了极大的变化，但在基本的硬件结构方面，一直沿袭着冯·诺伊曼的传统框架，即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件构成。图1-5列出了一个计算机系统的基本硬件结构。图中，实线代表数据流，虚线代表指令流，计算机各部件之间的联系就是通过这两股信息流动来实现的。原始数据和程序通过输入设备送入存储器，在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器进行运算，运算的结果存入存储器，必要时再经输出设备输出，如图1-5。指令也以数据形式存于存储器中，运算时指令由存储器送入控制器，由控制器控制各部件的工件。 图1.5 各主要设备之间的关系 由此可见，输入设备负责把用户的信息（包括程序和数据）输入到计算机中；输出设备负责将计算机中的信息（包括程序和数据）传送到外部媒介，供用户查看或保存；存储器负责存储数据和程序，并根据控制命令提供这些数据和程序，它包括内存（储器）和外存（储器）；运算器负责对数据进行算术运算和逻辑运算（即对数据进行加工处理）；控制器负责对程序所规定的指令进行分析，控制并协调输入、输出操作或对内存的访问。下面分别对其各部分进行介绍。 1 .中央处理器
《计算机系统组成与结构》复习答疑 1．什么是计算机系统？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。从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一级上都能进行程序设计。由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令，第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持和执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序文持和执行。还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。 2．画出计算机硬件基本组成框图，通过解题过程说明每功能部件的作用及它们之间的信息流向。 答：计算机硬件系统由五大部件组成，如图所示。控制器指挥各部件协调工作；运算器能完成算术运算和逻辑运算；存储器用来存放程序和数据；输入设备可将人们熟悉的信息转换成机器能识别的信号；输出设备可格机器、运行结果转换成人们能接受 的信息。 解题过程说明如下：事先将需要解决的问题编制成解题程序，在控制器的指挥下，经输入设备输至存储器，然后启动机器运行程序，控制器从存储器中自动地、逐条地取出指令，经分析，发出各种不同的命令，执行指令，直至最终将运行结果通过输出设备显示或打印出来。 3．什么是主机？什么是CPU？什么是存储器？它们有什么用？
答：主机包括运算器、控制器和存储器。其功能是在控制器的指挥下，逐条地从存储器中取出指令，分析指令，并发出各种不同的命令，在运算器中完成算逻运算，结果又存于存储器中。 4．指令和数据都存在内存中，计算机如何区别它们？ 答：指令和数据都存在内存中，计算机靠控制器来区别它们。通常完成一条指令包括取指阶段和执行阶段，凡是在取指阶段从存储器取出的信息即为指令；凡是在执行阶段从存储器取出的信息即为数据。 5．什么是指令？什么是程序？ 答：指令是机器完成某种操作的命令，典型的指令通常包含操作码和地址码两部分内容。操作码用来指定所执行的某种操作（如加、传送），地址码用来表示参加操作的数的位置或运算结果应存到何处。程序是有序指令的集合，用来解决某一特定问题。 6．如何判断补码加减运算是否溢出，有几种方法？ 答：有三种判断补码定点溢出的办法。 （1）采用一位符号位，若两操作数符号相同（减法时减数需每位取反，末位加1），而结果的符号与原操作数符号不同，则为溢出。 （2）采用一位符号位，加法时最高位（符号位）的进位和次高位的进位异或结果为1时，即为溢出。 （3）采用双符号位，当结果的两个符号位不同时，即为溢出。 7．在浮点机中如何判断溢出？ 答：浮点机中溢出根据阶码来判断，当阶码大于最大正阶码时，即为浮点数溢出。若阶码小于最小负阶码时，按机器零处理。 8．写出浮点尾数补码规格化形式，分别给出数据需左规或右规的形式，并说明相应的规格化方法。
填空题 计算机的硬件基本组成包括 控制器 、 运算器 、存储 器 、 输入 和 _____________ 等五个部分。 计算机的软件一般分为 系统软件 和 应用软件 两大部分。 计算机系统是一个由硬件和软件组成的多级层次结构，这通常由 微程序 级 、一般机器级 、操作 系统级 、汇编语言级 和 高级 语言 级 等组成，在每一级上都可以进 行 程序设 计 _____________。 计算机系统的发展按其核心部件采用器件技术来看经历了五代的变化, 分别 是电子管 、晶体管 、集成电路 、大规模集 成电路 和 巨大规模集成电路 。 1.按IEEE754规范，一个浮点数由 符号位S 、 阶码E 、 尾 数M 三个域组成，其中 阶码E ________ 的值等于指数的 真值e 加上一个固定 偏移值 _________ 。 向 右 移位，每右 移一位，其阶码加一，直到两数的阶码相等为 止。 提高加法器运算速度的关键是降低进位信号的传播时间 _________________ 。先行进 位的含义是 低有效位的进位信号可以直接向最高位传递 ________________ 。 现代计算机的运算器一般通过总线结构来组织。按其总线数不同，大体有 单总线结构 、双总线结构 和三总线结构 三种形 式。 浮点运算器由阶码运算器 和尾数运算器 组成，它们都是 定点 _____________ 运算器。 只要求能执行 阶码运算器 _________ 运算，而 加法 和减法 要求能进行尾数运算器 运算。 两个BC 码相加，当结果大于9时，修正的方法是将结果 加6 ，并产 生进位输出。 设有七位二进制信息码0110101，则低位增设偶校验码后的代码为 01101010 。 1. 对存储器的要求是 ___________________ 容量大 ， 速度快 ， 成本 低 _____________ ，为了解决这三方面的矛盾，计算机采用 多级存储 ___________ 和 体系结构。 存储器的技术指标主要有 存储容量 ________________ 、存储时间 ___________ 、 存 1. 2. 3. 4. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 2. 3.
第一章计算机系统概论 一、计算机软硬件概念 一个完整的计算机系统由硬件和软件两大部分组成。 硬件的组成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。 软件：系统软件和应用软件。 二、计算机系统的层次结构 计算机系统的层次结构通常可有五个以上的层次，在每一层次（级）上都能进行程序设计。由下至上可排序为：第一级微程序设计级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持和执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持和执行。 理解机器语言、汇编语言及高级语言的联系和区别。 三、计算机的基本组成 1、冯•诺依曼计算机的特点 2、计算机的硬件框图：以存储器为中心的硬件框图 3、计算机的工作过程 要求能掌握每个部件内部组成及操作过程。 四、计算机硬件的主要技术指标 机器字长、运算速度、存储容量概念。 本章重点：掌握一个较细化的计算机组成框图，并能根据框图描述计算机内部的控制流和数据流的变化，从而初步认识计算机内部的工作过程。 难点：计算机如何区分同样以0、1代码形式存储在存储器中的指令和数据。 习题：P19习题2、3、9、11 第二章计算机的发展及应用 一、计算机的发展史 第一台计算机的诞生及特点，四代计算机的特点。 二、计算机的应用领域 理解计算机在各个领域的应用。 本章重点：了解计算机的产生、发展、应用的简要历史。
第三章系统总线 一、总线的基本概念 总线是计算机中的各个通信模块共享的，用来在这些部件间传送信息的一组导线和相关的控制和接口部件，它可以把信息从多个源部件之一传送给一个或多个接收部件。信息的发送部件分时地把信息送到总线上，接收部件则从总线上可同时接收信息。 总线传输的特点：某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，但多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。 二、总线的分类 1、根据传输方向（总线的逻辑结构），可分为：单向总线、双向（全双工）总线 2、根据传送内容（功能），可分为：数据总线、地址总线、控制总线。 3、根据传送方式（传送的信息格式，连线数量），可分为：串行总线、并行总线。 4、根据连接部件不同，可分为：片内总线，系统总线（数据总线、地址总线、控制总线），通信总线。（注意各类总线概念） 三、总线的性能指标 1、总线宽度：总线上同时能够传输的数据位数。 2、总线带宽：单位时间内总线上可传输数据的位数，通常用每秒钟传送信息的字节数来衡量。（掌握计算方法） 3、时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称为同步总线，与时钟不同步工作的总线称为异步总线。 4、总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。 5、信号线数： 6、总线控制方式： 7、其他指标： 四、总线结构 1、单总线结构 将CPU、主存以及各种速度不一的I/O设备（通过I/O接口）都挂在一组总线上，允许I/O设备之间、I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。这种结构极易形成计算机系统的瓶颈。 在数据传输需求量和传输速度要求不太高的情况下，为克服总线瓶颈问题，尽可能采用增加总线宽度和提高传输速率来解决；而当数据量很大和传输速度要求相当高的时候，必须采用多总线结构。 2、多总线结构 （1）双总线结构：将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来，形成主存总线与I/O总线分开的结构。 （2）三总线结构：将速率不同的I/O设备进行分类，连接在不同的通道上。 （3）四总线结构：增加了一条与计算机系统紧密相连的高速总线。 五、总线判优控制 1、基本概念 什么是主设备（模块）和从设备（模块）？ 2、什么是总线判优？为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种，各有何特点？ 注意：BR、BS、BG信号的控制。 六、总线通信控制 1、总线传输周期的4个阶段：申请分配阶段、寻址阶段、传数阶段和结束阶段。 2、总线的通信控制 （1）总线通信的目的：主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调配合。 （2）总线的通信方式： 主要分同步和异步两大类，注意两类的特点和区别。 同步通信：采用统一时标控制 异步通信：采用应答方式 注意：同步通信和异步通信都可以实现不同速度设备之间传送数据。 本章重点：有关总线的基本概念；如何克服总线的瓶颈；如何对总线进行管理，包括判优控制和通信控制。 难点：总线的通信控制，既要解决通信双方如何获知传输开始和结束，又要使通信双方按规定的协议互相协调配合来完成通信任务。 习题：P66～67习题1、4、6、14、15 第四章存储器 一、存储器的分类 1、按存储介质分类：半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器。 2、按存取方式分类：随机存储器、只读存储器、串行访问存储器 3、按在计算机系统中的作用分类：主存储器、辅助存储器和高速缓冲存储器等。 二、存储器的层次结构 为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾，通常把各种不同存储容量、不同存取速度的存储，按一定的体系结构组成起来，形成一个统一整体的存储系统，即三级存储器结构：高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。 存储器系统的层次结构可以提高计算机存储系统的性能/价格比，实现存储器系统的层次结构的先决条件是程序访问的局部性。 由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓冲存储器和主存之间称为Cache-主存层次，主存和辅存间称为主存－辅存层次。 Cache－主存层次的存取速度接近于Cache的存取速度，但容量接近于主存，每位价格也接近于主存的每位价格，因此解决了高速度和低成本