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計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文第1篇

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；學(xué)習(xí)論壇；動態(tài)網(wǎng)頁；在線考試

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 01-0000-02

Computer Systems Architecture Assisted Teaching

――Database Design and Implementation

Liu Wenjie

(Guangdong Trade&Industry Higher Technical School,Lechang512200,China)

Abstract:This paper introduces how to design and implement a database for computer architecture aided educational system.It introduces how to use Java Server Pages with the character of setting up and running interactive and dynamic web server and other specialties to make up dynamic page and expounds systematically how to design,create,manage and maintain the website’s database by using databases.

Keywords:System architecture;System;Database;Study forum;Dynamic page;

The on-line examination

一、引言

（一）專題輔助教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

通過互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生可利用遠程資源在網(wǎng)上完成學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)。但是目前很多專題學(xué)習(xí)輔助教學(xué)系統(tǒng)存在許多不足，主要包括以下幾個方面：

1.重開發(fā)實踐，輕理論研究，真正實用的教學(xué)軟件系統(tǒng)不多

2.專題選擇的范圍不恰當(dāng)

3.專題內(nèi)容多雜，針對性差，學(xué)科特征有所忽視

4.忽略“師生共建”的原則，建設(shè)主體單一化

5.輔助教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)過程與應(yīng)用過程分離

二、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能設(shè)計

（一）數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案

1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則及優(yōu)化

數(shù)據(jù)庫設(shè)計遵循生命周期法等系統(tǒng)方法，強調(diào)分步進行和推遲實現(xiàn)。用戶是系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的提出者和最終使用者，因此在進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時必須強調(diào)用戶參與。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計應(yīng)分階段進行，前一段的結(jié)果作為后一階段設(shè)計的依據(jù)，后一階段也可以向前一階段反饋要求。具體設(shè)計步驟如下：

（1）需求分析：通過廣泛、詳細、深入的調(diào)查，了解計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)的信息需求和處理需求，根據(jù)調(diào)查結(jié)果形成合理的需求分析說明書，作為設(shè)計的依據(jù)。它包括數(shù)據(jù)庫所涉及的數(shù)據(jù)范圍、各項數(shù)據(jù)的特征描述、數(shù)據(jù)量等。如數(shù)據(jù)名稱、類型、是否主碼等。

（2）概念設(shè)計：利用數(shù)據(jù)庫模型表述數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。在概念設(shè)計的時候先設(shè)計與具體的用戶應(yīng)用相關(guān)的設(shè)計結(jié)構(gòu)，然后進行視圖集成，經(jīng)過反復(fù)推敲、修改，最后得到一個能正確的反映單位數(shù)據(jù)及其相關(guān)聯(lián)系并能滿足各種處理需求的數(shù)據(jù)模型。

（3）邏輯設(shè)計：將概念數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為一DBMS對應(yīng)的邏輯數(shù)據(jù)模型，同時也將用戶視圖轉(zhuǎn)換為外模式。

（4）物理設(shè)計：根據(jù)具體DBMS的特點設(shè)計數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式，由于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫并非大型數(shù)據(jù)庫所以對系統(tǒng)性能影響不大，但是同樣應(yīng)該根據(jù)處理要求、設(shè)備性能等進行精心的設(shè)計優(yōu)化。

在分步設(shè)計的過程中，如果發(fā)現(xiàn)某一階段的設(shè)計不理想，可以立即反饋，對原設(shè)計進行修改，通過如此反復(fù)進行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化。

2.數(shù)據(jù)庫的安全性

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)使用Microsoft Office Access 2003數(shù)據(jù)庫。為了保證數(shù)據(jù)庫的安全，限制非授權(quán)的存取，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有一個安全與授權(quán)子系統(tǒng)。它包括方面的內(nèi)容：第一，為管理員提供建立用戶帳號和密碼，第二，進行安全性檢查。

在本教學(xué)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫安全體現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）采用數(shù)據(jù)庫密碼的登錄。

（2）采用MD5加密算法進行加密。防止了SQL的注入，即使數(shù)據(jù)庫被非法登入也無法知道用戶的登陸信息，大大提高了用戶信息的安全性。

（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能設(shè)計

1.學(xué)習(xí)論壇模塊數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的功能

學(xué)習(xí)論壇系統(tǒng)模塊的結(jié)構(gòu)功能如下所示：

（1）用戶注冊：以嚴(yán)格的注冊流程，合理化的動態(tài)表單，實現(xiàn)注冊人員的信息收集。

（2）用戶登陸：動態(tài)實現(xiàn)窗口登陸，功能引導(dǎo)，并對非法登陸給予限制。同時登陸時根據(jù)權(quán)限授予相應(yīng)的功能，登陸時分三種權(quán)限：普通用戶，斑竹，超級管理員。用戶登陸頁面。

（3）帖子管理：對各欄目帖子的管理，可以簡便實現(xiàn)帖子的回復(fù)，打印，增刪新貼。同時可以搜索相應(yīng)發(fā)貼人的資料。

（4）公告管理：管理員可隨時登陸更新公告的信息，修改，添加，刪除已的公告信息。

（5）用戶管理：超級管理員可以授予用戶不同的權(quán)限，通過斑竹管理相應(yīng)的論壇，減少超級管理員的工作量，方便論壇的管理。同時，管理員也可以啟用禁止用戶，修改，刪除用戶的信息及他所發(fā)的帖子。

（6）搜索功能：可以實現(xiàn)用戶對帖子及用戶的分類快速搜索。按的時間和論壇類別進行限制性的搜索。

（7）資料顯示：顯示當(dāng)前用戶注冊的信息及發(fā)，回帖子的情況，同時也可以對已添的資料進行修改，刪除。

（8）論壇管理：管理員可以整添新的論壇，確定斑竹人選，還可以對已有的論壇進行修改，刪除。

2.新聞公告模塊及在線考試模塊數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的功能

在新聞公告模塊中當(dāng)用戶打開系統(tǒng)首頁后，首先看到的是新聞動態(tài)、站內(nèi)公告兩個版塊，其中每個版塊均顯示最新的8條信息，并且提示的標(biāo)題，時間，作者，瀏覽次數(shù)。大家可以分版塊有選擇的查看最新新聞動態(tài)、閱讀本站的最新公告。

新聞動態(tài)模塊與站內(nèi)公告模塊類似，點擊相應(yīng)的標(biāo)題就可以直接進入相應(yīng)的閱讀，并且可以在百度上搜索與之相關(guān)的信息，如圖1。

在線考試模塊，對用戶進行在線測試。這里選擇10道有代表性，不同難度的試題對學(xué)生進行測試，目的是驗證學(xué)生對這個知識點的掌握程度，答題完畢提交后會自動顯示結(jié)果，并且給出正確的結(jié)果。

3.后臺管理模塊數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的功能

在后臺管理模塊中當(dāng)用戶打開管理首頁后，首先看到的是登陸界面，只有在正確登陸的情況下才能對后臺的信息進行更新。后臺管理主要包括下面幾項功能：新聞動態(tài)文章的管理，站內(nèi)公告文章的管理，用戶管理，站點信息動態(tài)管理，頻道欄目的管理。

進入后臺管理模塊，在后臺登陸界面中輸入相應(yīng)的用戶名和密碼，系統(tǒng)隨機產(chǎn)生四位有效驗證碼，在上述三項正確填寫后，進入后臺管理的首頁登陸成功，就可以直接進入管理界面，進行相應(yīng)信息的管理，如圖2所示。在首頁中，可以對用戶，新聞，公告，頻道欄目，站點信息進行相應(yīng)的管理。圖3是后臺管理模塊流程圖。

三、結(jié)論

我們在研究國內(nèi)外已有的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合師生的實際需要，開發(fā)了新的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要包括課堂教學(xué)、學(xué)習(xí)論壇、在線考試、課件下載，維客天下，教學(xué)大綱，后臺管理等功能模塊。

本文主要介紹了計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔助教學(xué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)過程。首先，說明了利用JSP創(chuàng)建并運行動態(tài)交互的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)用程序生成動態(tài)網(wǎng)頁的方法，然后，系統(tǒng)地闡述了使用數(shù)據(jù)庫進行網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、創(chuàng)建、管理和安全維護的方法。最后，介紹了添加數(shù)據(jù)庫驅(qū)動，建立數(shù)據(jù)連接，完成數(shù)據(jù)操作，關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接的實現(xiàn)方法。本軟件系統(tǒng)測試結(jié)果表明系統(tǒng)的學(xué)習(xí)功能比較全面、運行良好，為廣大學(xué)生提供了一個很好的學(xué)習(xí)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的輔助平臺。

參考文獻：

[1]彭林,余艷.Access 2003金典教程.北京:人民郵電出版社,2001

[2]廖彬山,高峰霞.Web數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù).西安:電子工業(yè)出版社,2001

[3]Database Systems-A Practical Approach to Design,Implentation,and Management Thomas Connolly,Carolyn Begg.

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文第2篇

關(guān)鍵詞：高級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；雙語教學(xué)；課程建設(shè)；

作者簡介：裴頌文（1981-），男，湖南邵東人，上海理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程系，講師。（上海 200093）

基金項目：本文系上海市教育委員會重點課程建設(shè)項目（項目編號：1K-12-302-001）、上海理工大學(xué)核心課程建設(shè)項目（項目編號：1K-00-302-010）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）01-0076-02

面對國內(nèi)知名高校計算機專業(yè)建設(shè)國際化教學(xué)的大趨勢，上海理工大學(xué)加大計算機專業(yè)課程國際化建設(shè)的力度，培養(yǎng)國際化教學(xué)團隊，開辟國際化精品課程。從課程設(shè)置、教材選編、師資隊伍、助教制度、國際交流等五個方面建設(shè)一套上海理工大學(xué)獨特的國際化教育模式，體現(xiàn)出教育差異化優(yōu)勢。培養(yǎng)既具有專業(yè)背景又能走向國際的計算機專業(yè)學(xué)生，推進上海理工大學(xué)由教學(xué)研究型向研究教學(xué)型大學(xué)轉(zhuǎn)變，把上海理工大學(xué)建設(shè)成“卓越工程教育”的上海市旗艦高校、全國工程教育的示范高校。

計算機科學(xué)技術(shù)的變革日新月異，計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展突飛猛進，通過引進全英文經(jīng)典教材實施雙語教學(xué)具有重要的意義。在計算機專業(yè)本科生課程中實施雙語教學(xué)的前期嘗試，效果不盡如人意。主要原因在于：第一，本科生的英語聽力和閱讀能力欠缺，難以有效地理解課程內(nèi)容；第二，本科生的專業(yè)基礎(chǔ)的知識結(jié)構(gòu)尚不完整，無法深入理解計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究前沿課題。而針對研究生的“高級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程采用雙語教學(xué)，因為絕大多數(shù)研究生都具備大學(xué)英語六級的水平，外國留學(xué)生也均來自母語是英語的國家，英語聽說能力基本能滿足教學(xué)的需求；同時，研究生絕大多數(shù)都是計算機相關(guān)專業(yè)畢業(yè)的本科生，具備計算機相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)知識。

通過對“高級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”的雙語教學(xué)，一方面使得研究生能獲得最新的研究方向和研究熱點，另一方面將進一步提升研究生的專業(yè)英語能力，使得研究生在未來的研究和工作中受益。特別是在2011年計算機科學(xué)與工程系獲得計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和軟件工程專業(yè)兩個一級學(xué)科碩士學(xué)位授予權(quán)的發(fā)展機遇期，增強計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域內(nèi)的科研力量，擴大科研創(chuàng)新增加科技成果，推進“高級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的雙語教學(xué)能力和課程建設(shè)，具有重要的現(xiàn)實意義。

一、優(yōu)化課程設(shè)置

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機科學(xué)與技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)的學(xué)位課，其教學(xué)內(nèi)容涵蓋了計算機組成原理、編譯系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)字邏輯等計算機專業(yè)的基礎(chǔ)課程。因此，國內(nèi)外著名大學(xué)計算機系對這門課程非常重視。據(jù)調(diào)查，美國的MIT、CMU、UIUC、Stanford 等著名大學(xué)都采用最新的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi)的權(quán)威教材，如David A. Patterson等人編寫的《Computer Architecture：A Quantitative Approach》。上海理工大學(xué)計算機相關(guān)專業(yè)的研究生課程“高級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”，進一步量化分析和設(shè)計計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多年來一直將該課程列為研究生的學(xué)位專業(yè)課。從前幾年的教學(xué)情況來看，這門課程在課程設(shè)置上的主要問題體現(xiàn)在：

最近幾年計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，如多核處理器、內(nèi)存技術(shù)、總線技術(shù)等都取得了飛躍發(fā)展，而前幾年的課程內(nèi)容知識陳舊，難以跟上最新技術(shù)的步伐，學(xué)生希望接觸到最前沿的學(xué)科發(fā)展和研究動態(tài)。

“高級計算機體系結(jié)構(gòu)”課程，教學(xué)內(nèi)容與本科階段的課程內(nèi)容差別不大，學(xué)生覺得有重復(fù)教授的內(nèi)容出現(xiàn)。

由于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)綜合性最強的一門課程，涉及到計算機軟件設(shè)計、編譯系統(tǒng)、硬件設(shè)計等全面知識，學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)起來比較吃力，從而導(dǎo)致愿意從事計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)前沿研究的學(xué)生不多。

學(xué)生反映該課程教學(xué)內(nèi)容多，知識結(jié)構(gòu)全面，前沿課題突出，學(xué)習(xí)難度大。但是，該課程的學(xué)時數(shù)和學(xué)分數(shù)嚴(yán)重偏少，難以深入理解和講授，不愿意花費大量時間著重學(xué)習(xí)一門學(xué)分偏少的課程。因此，該課程的重要性難以引起學(xué)生的重視。

因此，對“高級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程采用雙語教學(xué)，在課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容上非常重視教學(xué)內(nèi)容的更新，堅持每年更新的內(nèi)容占15%～20%。因此，本課程決定不選用前幾年教學(xué)中的老教材，而選用最新的、全英文版本的《Computer Architecture：A Quantitative Approach（Edition 5）》作為高級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教材，并且跟蹤計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi)的最新研究成果，組織研究生分組討論和課程報告。不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理論知識和分析方法，引導(dǎo)學(xué)生提出新的方法和新的解決方案，而且要求學(xué)生采用最新的研究工具，親自動手設(shè)計設(shè)計實驗，完成方法的驗證，進一步提高學(xué)生的動手能力和編程能力。

二、更新教學(xué)內(nèi)容

一方面采用最新版本的、與國際接軌的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)量化分析教材，由主講教師進行課堂教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)；另一方面采用研討式教學(xué)方法，在主講教師對前沿課題進行介紹的基礎(chǔ)上，由學(xué)生分組就某個領(lǐng)域進行專題研究，并由學(xué)生提出新方法或新的解決方案，分享新思想，研討新辦法。如此，采用師生互動方法，學(xué)生既學(xué)習(xí)到了基本方法又能體會到研究最新技術(shù)的樂趣，獲得研究成果的成就感。因此，教學(xué)內(nèi)容主要包含計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)量化分析課程教學(xué)和前沿課題研討兩個方面。專題教學(xué)內(nèi)容更新如表1所示。

三、強化師資隊伍

從事國際化教學(xué)的教師可以從三個方面進行師資隊伍建設(shè)：

加快青年教師國際化交流與培訓(xùn)的力度，培養(yǎng)本校青年教師骨干，建設(shè)一支穩(wěn)定的全英語或雙語教學(xué)隊伍。近幾年連續(xù)、有序地派出優(yōu)秀青年教師到美國、加拿大、澳大利亞等國的著名大學(xué)進行教學(xué)培訓(xùn)和合作研究。

引進具有國際教育經(jīng)歷的教師，開設(shè)具有國際特色的專業(yè)課程。近幾年連續(xù)引進了包括來自德國、日本、美國等國著名大學(xué)和研究機構(gòu)的教授或博士畢業(yè)生，提升了教師國際化教學(xué)水平的整體實力。

邀請國外專家來華開展學(xué)術(shù)講座、學(xué)術(shù)論壇等。通過教師“走出去”、國外教師“引進來”的戰(zhàn)略，可以有效促進學(xué)術(shù)交流，提高學(xué)校知名度，對學(xué)校的國際化招生具有重要的作用，對推動上海理工大學(xué)國際化教育戰(zhàn)略、促進學(xué)校辦學(xué)方向的轉(zhuǎn)移具有重要作用。

四、建設(shè)助教制度

建設(shè)穩(wěn)定的助教制度，形成有效的助教評估體系。有助于鞏固國際化教育的成果，提高理論教學(xué)的效果，學(xué)習(xí)國內(nèi)外著名高校計算機專業(yè)的教學(xué)經(jīng)驗，開展綜合性課程設(shè)計課程。穩(wěn)定的助教隊伍對穩(wěn)定教師的教學(xué)精力、提高教師的教學(xué)水平有重要的促進作用。其中，需要涉及以下相關(guān)制度的改進工作：改進教師教學(xué)工作的評估體系，進一步規(guī)范教師對課程設(shè)計教學(xué)彈性工作的認定；設(shè)立穩(wěn)定統(tǒng)一的助教制度，設(shè)置助教專項基金，保證助教的適當(dāng)報酬，提高助教的責(zé)任心。學(xué)校要有專門的資金和相應(yīng)的崗位安排。無論是研究生當(dāng)助教還是新招聘的畢業(yè)生當(dāng)助教，都應(yīng)該遵守明確的崗位責(zé)任和職業(yè)規(guī)范。

五、促進國際交流

國際交流對提高上海理工大學(xué)的國際知名度、提高教師的教學(xué)水平、提升教師與學(xué)生的研究能力都具有舉足輕重的作用。從以下方面加強建設(shè)：設(shè)立國際會議資助專項資金，資助學(xué)生或青年教師參加高水平的國際會議；積極開展與國外知名大學(xué)、教授的合作，加強對上海理工大學(xué)專業(yè)的介紹；派遣青年教師訪問國外知名大學(xué)、研究所等；學(xué)校設(shè)立專項基金，鼓勵計算機科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)籌辦高水平的國際會議；加強學(xué)校同海外留學(xué)生、各使領(lǐng)館的聯(lián)系，促進國際化教育的順利開展。

六、修訂考核方式

由于這門課程著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實際動手能力，因此學(xué)校將以前注重考核基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹乜己藢W(xué)生創(chuàng)新能力和實際動手進行研究的能力上。因此，修訂后的考核方式如表2所示。

七、結(jié)論

通過對“高級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的雙語教學(xué)，基本達到了預(yù)期的目標(biāo)，既鍛煉了學(xué)生的學(xué)習(xí)和研究能力又提升了教師的教學(xué)水平和教學(xué)效果。計劃在鞏固當(dāng)前雙語教學(xué)的基礎(chǔ)上，在后續(xù)幾年針對外國留學(xué)生開設(shè)“高級計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”的全英語教學(xué)課程，逐步打造計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的精品課程，提升課程的教學(xué)品質(zhì)，推進計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的國際化建設(shè)進程。

參考文獻：

[1]丁紅.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程雙語教學(xué)探索與實踐[J].科技信息，2009，（15）.

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[3]張晨曦，王志英，劉依，等．“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容體系的研究[J].計算機教育，2009，（20）.

[4]陳潔，張燕平，趙姝.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)研究[J].計算機教育，2012，（4）.

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文第3篇

摘要：本文探討了計算機專業(yè)“計算機組成原理”和“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”學(xué)科重組的課程體系。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)置；教學(xué)內(nèi)容；整合

中國分類號：G642

文獻標(biāo)識碼：B

1兩門課程的開設(shè)情況

“計算機組成原理”是計算機專業(yè)本科生必修的重要核心硬件基礎(chǔ)課程之一。計算機專業(yè)本科生都會開設(shè)該課程。該課程從單處理計算機系統(tǒng)的概念出發(fā)介紹硬件和軟件兩部分，其硬件部分主要包括運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大功能部件，通過總線構(gòu)成一個完整的硬件系統(tǒng)。通過學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生能建立清晰的“整機”概念，能夠掌握計算機的一般組成原理和內(nèi)部運行機理。

“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”是計算機及相關(guān)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是計算機硬件與結(jié)構(gòu)方面重要的一門課程。部分應(yīng)用技術(shù)型計算機專業(yè)本科生沒有開設(shè)該課程。我們學(xué)校就沒有開設(shè)。該課程主要研究軟件、硬件功能分配和對軟件、硬件界面的確定，即確定哪些功能由軟件完成，哪些功能由硬件實現(xiàn)。從總體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)分析這一角度來研究計算機系統(tǒng)。本課程的學(xué)習(xí)目的是建立計算機系統(tǒng)的完整概念，學(xué)習(xí)計算機系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計方法，掌握新型計算機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理。

2國外相關(guān)教材內(nèi)容

目前國外有很多類似教材包含了近乎兩門課程的教學(xué)內(nèi)容。美國計算機專家William Stallings編著的世界著名計算機教材Computer Organization and Architecture ：Designing for Performance(Seventh Editon)是介紹當(dāng)代計算機體系主流技術(shù)的最新技術(shù)的優(yōu)秀教材。該書以Intel Pentium 4和IBM/Motorola PowerPC作為考察實例，將當(dāng)代計算機系統(tǒng)性能問題和計算機組織與體系結(jié)構(gòu)的基本概念及原理緊密聯(lián)系起來。主要內(nèi)容有CPU性能設(shè)計、指令流水線、整數(shù)和浮點算術(shù)、微程序設(shè)計的控制器；RISC處理器和超標(biāo)量處理器；最新的IA-64體系結(jié)構(gòu)和Itanium處理器；PCI新型系統(tǒng)總線規(guī)范；cache存儲器組織、cache一致性問題和MESI協(xié)議；包括行總線和最近研發(fā)的InfiniBand；最后是多個處理器的并行組織，包括對稱多處理機、機群系統(tǒng)、非均勻存儲器存取(NUMA)系統(tǒng)。

3兩門課程的比較和整合

應(yīng)用技術(shù)型本科計算機專業(yè)課程的設(shè)置應(yīng)做到面向市場、靈活有效，要對教學(xué)內(nèi)容進行精選，把體現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展特征、多學(xué)科知識交叉與滲透的趨勢和動向反映出來。整合后的內(nèi)容如下表所示。

整合后的實驗主要是運算器及設(shè)計實驗、存儲器及設(shè)計實驗、控制器及設(shè)計實驗、系統(tǒng)總線控制實驗、模型計算機實驗等。

整合后的課程設(shè)計主要是設(shè)計指令系統(tǒng)實現(xiàn)基本模型計算機、基于CPLD的模型計算機、基于RISC處理器的模型計算機、基于重疊技術(shù)的模型計算機、基于流水線技術(shù)的模型計算機等。注意根據(jù)課程進度進行相應(yīng)的具體的實驗項目，此外還要兼顧先簡后難?？梢韵冗M性簡單的驗證式實驗，然后稍有難度的設(shè)計性實驗，最后是較大難度的綜合性實踐。

參考文獻

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計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文第4篇

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；計算機體系結(jié)構(gòu)；應(yīng)用；優(yōu)化

0 前言

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為計算機體系結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其在構(gòu)成上主要以數(shù)據(jù)庫、計算機系統(tǒng)、管理系統(tǒng)以及應(yīng)用程序等為主。其中各部分功能的發(fā)揮都可能對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)生影響，如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需由計算機系統(tǒng)進行硬件環(huán)境的提供，而數(shù)據(jù)庫負責(zé)數(shù)據(jù)的存儲等。因此，如何做好數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)化成為現(xiàn)行計算機體系結(jié)構(gòu)完善中需考慮的重要內(nèi)容。

1 計算機體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)概述

關(guān)于計算機體系結(jié)構(gòu)，其實質(zhì)為系統(tǒng)元素的集合，在集合內(nèi)系統(tǒng)元素能夠協(xié)調(diào)配合的基礎(chǔ)上，便可根據(jù)預(yù)先定義目標(biāo)完成信息處理過程。常見的系統(tǒng)元素主要有計算機硬件與軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文檔以及人員等方面。其中硬件負責(zé)電子設(shè)備或機械設(shè)備的提供以使得計算機能力以及其他外部世界功能得以實現(xiàn)；而軟件可作為文檔、數(shù)據(jù)庫與程序的稽核，提供計算機運行中需要的邏輯方法；數(shù)據(jù)庫則用于集合所有軟件訪問的信息；文檔用于描述計算機系統(tǒng)中的所有圖形、表格等信息?，F(xiàn)行在Internet網(wǎng)絡(luò)普及的背景下，要求計算機體系結(jié)構(gòu)在完善過程中能夠做到對各類型信息資源進行輸入、輸出以及管理，而這些信息資源管理活動的開展便需依托于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其是計算機領(lǐng)域中發(fā)展極為迅猛的技術(shù)，同時也是保障計算機體系結(jié)構(gòu)作用發(fā)揮的關(guān)鍵部分[1]。

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計算機體系結(jié)構(gòu)中的具體體現(xiàn)

計算機體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在四種模式，包括分布式服務(wù)器系統(tǒng)、服務(wù)器模式、工作站模式以及終端模式等，各種模式在整個計算機體系結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的效果也存在一定的差異。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，現(xiàn)今計算機體系結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式又傾向于web服務(wù)器模式。實際應(yīng)用中，以往四種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式即表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，也存在許多弊端，具體體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 從主機/終端模式角度

該模式是計算機體系結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的最早結(jié)構(gòu)模式，其結(jié)構(gòu)具有明顯的集中式特征，要求在主機上進行數(shù)據(jù)庫以及管理系統(tǒng)的設(shè)置，其他相應(yīng)的應(yīng)用程序也需在主機中體現(xiàn)出來。但這種模式下，數(shù)據(jù)信息共享性極差，僅用戶終端能夠進行數(shù)據(jù)的使用，若需對數(shù)據(jù)庫進行訪問，要求用戶采取撥號形式或利用本地終端以獲取需要的數(shù)據(jù)。其中的本地終端大多不具備數(shù)據(jù)處理能力，僅以通信軟件、鍵盤與顯示器為主。然而不可否認，這種集中式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對于存儲設(shè)備中數(shù)據(jù)區(qū)能夠安全處理，不同類型的并發(fā)用戶都可為該結(jié)構(gòu)所支持。從其應(yīng)用的弊端看，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)維護較難，計算機體系結(jié)構(gòu)本身在硬件、軟件等耗費較多成本，加上數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)中的終端系統(tǒng)成本與維護費用，將使計算機應(yīng)用難以獲取應(yīng)用的經(jīng)濟效益。另外，該模式應(yīng)用下，網(wǎng)絡(luò)性能完全取決于主機性能，若有多個用戶共同聯(lián)網(wǎng)，計算機系統(tǒng)的整體性能將表現(xiàn)出明顯的下降趨勢[2]。

2.2 從文件服務(wù)器/工作站模式角度

該模式應(yīng)用下主要需在計算機體系結(jié)構(gòu)中文件服務(wù)器處進行管理系統(tǒng)的設(shè)置，在所有PC工作站中都有相應(yīng)的處理程序存在。一般文件服務(wù)器在功能上更側(cè)重于接收與發(fā)送文件，并將共享數(shù)據(jù)向用戶提供，但在協(xié)同處理方面卻較為缺失。事實上，從計算機系統(tǒng)運行中便可發(fā)現(xiàn)，即使文件服務(wù)器具備較為明顯的運行速度優(yōu)勢，但PC中數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時仍會限制文件服務(wù)器的性能。而且文件傳輸過程中多以整個文件為主，一旦數(shù)據(jù)庫訪問用戶數(shù)量增加時，傳輸量也將隨之上升，系統(tǒng)運行因此受到影響[3]。

2.3 從客戶機/服務(wù)器模模式角度

對于這種服務(wù)器模式，其主要在服務(wù)器處設(shè)置數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，服務(wù)器端與客戶端都可利用管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。相關(guān)的數(shù)據(jù)處理或數(shù)據(jù)存儲等，可在管理系統(tǒng)運行于服務(wù)器端時實現(xiàn)，而在處理輸入或輸出問題以及屏幕交互時，要求管理系統(tǒng)運行于客戶端。此種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式在優(yōu)勢上主要表現(xiàn)為能夠利用兩個系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的處理，無需考慮系統(tǒng)難以承受過大信息流量的問題，且在維護管理或系統(tǒng)升級中不會耗費過多的成本。而且使數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在服務(wù)器端或客戶端運行時，也可使計算機整個系統(tǒng)的性能得以提升。但該模式應(yīng)用過程中也表現(xiàn)出一定的弊端，如數(shù)據(jù)庫需保持一定的獨立性，為用戶使用帶來較多難題，如企業(yè)中各部門應(yīng)用數(shù)據(jù)庫時如何做到數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)等。因此，計算機體系結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用需考慮到引入“無縫隙”訪問技術(shù)，典型的如分布式處理技術(shù)等[4]。

2.4 從分布式系統(tǒng)角度

相比前幾種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用模式，分布式數(shù)據(jù)庫強調(diào)同一系統(tǒng)中數(shù)據(jù)保持一定的邏輯關(guān)系，并在整個計算機網(wǎng)絡(luò)中使數(shù)據(jù)在不同節(jié)點處分布。實際應(yīng)用中，為保證用戶能夠遠程獲取數(shù)據(jù)信息，不同位置服務(wù)器都需將數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)置其中，用戶數(shù)據(jù)獲取時如從本地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般，直接將請求數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中發(fā)送，若服務(wù)器中未尋找到用戶數(shù)據(jù)，可直接通過網(wǎng)絡(luò)將用戶請求向其他數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中發(fā)送，完成信息搜索后會將相應(yīng)的信息傳輸給用戶，大多情況用戶都難以判斷是哪個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為其提供的數(shù)據(jù)信息。因此，這種模式的應(yīng)用可滿足現(xiàn)代企業(yè)需求，對于解決遠程數(shù)據(jù)傳輸與共享問題可起到明顯的效果[5]。

3 優(yōu)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的相關(guān)建議

現(xiàn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為適應(yīng)計算機技術(shù)快速發(fā)展步伐，除采取分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式外，也將Web技術(shù)融入其中，許多數(shù)據(jù)庫廠家多采取數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與Web技術(shù)相結(jié)合的方式，使數(shù)據(jù)庫內(nèi)容檢索僅需通過Web瀏覽器的訪問便可完成，對該類型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可稱其為Web數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。為使數(shù)據(jù)庫運行效率進一步提高，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化過程中需做好系統(tǒng)框架的設(shè)計，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的同時考慮數(shù)據(jù)對連接池進行優(yōu)化，具體優(yōu)化策略主要表現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 系統(tǒng)框架設(shè)計的思路

系統(tǒng)框架設(shè)計過程中首先考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題，從計算機體系結(jié)構(gòu)中傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀可發(fā)現(xiàn)，其中存在弊端不僅制約系統(tǒng)整體性能的提高，而且易產(chǎn)生過多的成本。對此，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計上可選取B/S結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為：①客戶端負載問題得以解決。如C/S結(jié)構(gòu)下，數(shù)據(jù)處理功能、顯示功能都需由客戶端負責(zé)，承受的負載較大，特別當(dāng)前客戶端應(yīng)用程序不斷增加的背景下，客戶端的有效運行更面臨較多難題。此時將B/S結(jié)構(gòu)引入其中，服務(wù)端會承擔(dān)部分客戶端的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，許多數(shù)據(jù)訪問或計算都可在服務(wù)端完成；②兼容性較高。該結(jié)構(gòu)下主要以JSP為前端界面，將Java語言融入后可使服務(wù)器執(zhí)行壓力得以緩解；③靈活性較強。B/S結(jié)構(gòu)下各層都以獨立的形式存在，即使其中一層出現(xiàn)異常也不會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響；④維護成本較低。由于該結(jié)構(gòu)應(yīng)用下需將瀏覽器安裝于客戶端中，服務(wù)器可完成相關(guān)的系統(tǒng)升級或維護工作，不會對客戶端產(chǎn)生影響，有利于維護成本的控制。本文在系統(tǒng)框架設(shè)計中考慮在B/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用的同時，使其與傳統(tǒng)C/S結(jié)構(gòu)以及web技術(shù)相結(jié)合，以此構(gòu)建集數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器以及瀏覽器于一體的結(jié)構(gòu)體系，將其稱為B/S/S結(jié)構(gòu)體系。

框架設(shè)計中還需做好開發(fā)語言以及數(shù)據(jù)庫連接的充分考慮。其中在開發(fā)語言選擇方面，現(xiàn)行較為常見的主要以PHP、JSP以及ASP為主。相比之下，為滿足數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化需求，要求開發(fā)語言應(yīng)以簡潔高效、便于移植等特征為主，所以可將JSP作為系統(tǒng)開發(fā)語言。而從數(shù)據(jù)庫連接角度，應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)主要以JDBC為主，但需注意的是該技術(shù)應(yīng)用時要求數(shù)據(jù)庫使用后保持斷開，一旦數(shù)據(jù)庫連接過多將導(dǎo)致內(nèi)存發(fā)生泄漏，甚至使服務(wù)器癱瘓。這就引入連接池技術(shù)，將JDBC訪問技術(shù)下的弊端進行解決[6]。

3.2 數(shù)據(jù)庫的進一步優(yōu)化

為適應(yīng)計算機體系結(jié)構(gòu)要求，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化中首先需考慮數(shù)據(jù)庫設(shè)計問題。以SQLServer數(shù)據(jù)庫優(yōu)化為例，設(shè)計過程中主要需在解決邏輯庫規(guī)范化弊端的基礎(chǔ)上進行物理數(shù)據(jù)庫的生成。其中邏輯庫規(guī)范化弊端方面，可采取將重復(fù)屬性、計算字段等融入數(shù)據(jù)庫實體內(nèi)。但應(yīng)注意設(shè)計中往往易出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫歷史記錄保存問題，因歷史記錄使用頻次較少，所以需分離歷史數(shù)據(jù)與其他訪問數(shù)據(jù)。而物理數(shù)據(jù)庫生成方面，要求對計算機體系結(jié)構(gòu)中的硬件資源、數(shù)據(jù)庫訪問格式進行判斷，在此基礎(chǔ)上利用數(shù)據(jù)行的設(shè)置使I/O操作得以減少，或直接對SQLSever利用同一物理設(shè)備存儲圖像或文本數(shù)據(jù)，可使系統(tǒng)性能得以提高。

其次，應(yīng)做好調(diào)整硬件工作。調(diào)整中如在磁盤子系統(tǒng)方面，通常數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中應(yīng)用的磁盤驅(qū)動器極易出現(xiàn)超載問題，影響系統(tǒng)性能，對此可考慮增設(shè)磁盤驅(qū)動器，可保證I/O子系統(tǒng)性能問題得以解決。而在內(nèi)存方面，通常提升數(shù)據(jù)庫性能的方式主要以物理內(nèi)存的增加為主，但這種方式涉及的成本較高，應(yīng)考慮對數(shù)據(jù)庫實際內(nèi)存進行優(yōu)化配置，如對其內(nèi)存數(shù)值的調(diào)整等。

最后，做好SQL語句與查詢計劃的優(yōu)化。在優(yōu)化SQL語句中，主要要求避免SELECT*語句、DISTINCT的使用，二者都可能使數(shù)據(jù)庫應(yīng)用邏輯出現(xiàn)錯誤，同時對于其他非操作符聚以及ORDER BY等應(yīng)正確使用。另外，在查詢計劃優(yōu)化方面，需保證索引、主鍵、連接、臨時表等能夠正確使用。在SQL語句以及查詢計劃得以優(yōu)化下，才可使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能得到提升[7]。

3.3 連接池的優(yōu)化

連接池在數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用主要使緩沖池中融入相關(guān)的物理連接，這樣在數(shù)據(jù)庫訪問過程中用戶可直接進行數(shù)據(jù)庫連接的獲取，且在連接使用結(jié)束后，可將其重新置于連接池中，無需執(zhí)行關(guān)閉連接操作，這樣數(shù)據(jù)庫的訪問效率將得到很大程度的提升。具體構(gòu)建連接池過程中，可直接由服務(wù)器進行連接池的提供，或采取JDBC連接池。實際上，現(xiàn)行大多服務(wù)軟件中多將連接池直接設(shè)置其中，僅需保證使用效果得以發(fā)揮并做好管理工作既可。另外，連接池在優(yōu)化中還需考慮到參數(shù)設(shè)置問題，如其中最小或最大連接數(shù)，其設(shè)置不合理很可能造成系統(tǒng)資源被過多占用，訪問效率也因此被降低，連接池整體性能因垃圾信息過多而受到影響。所以在參數(shù)的設(shè)定是連接池優(yōu)化中需考慮的重要問題，常見的方式主要引入相應(yīng)的測試工具，通過反復(fù)測試以使參數(shù)值更為合理[8]。

4 結(jié)論

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計是完善計算機體系結(jié)構(gòu)的重要途徑。實際優(yōu)化設(shè)計過程中應(yīng)正確認識計算機體系結(jié)構(gòu)，分析計算機體系結(jié)構(gòu)中不同數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式應(yīng)用的優(yōu)勢與弊端，在此基礎(chǔ)上提出Web數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。對該系統(tǒng)實際優(yōu)化過程中要求做到設(shè)計具體的系統(tǒng)框架，從數(shù)據(jù)庫設(shè)計、調(diào)整硬件以及優(yōu)化查詢計劃以及SQL語句，并注重連接池的構(gòu)建，以此使數(shù)據(jù)庫整體性能得以提高，發(fā)揮其在計算機體系結(jié)構(gòu)中的重要作用。

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計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)范文第5篇

關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng)；體系結(jié)構(gòu)

一、模塊組合結(jié)構(gòu)

模塊組合結(jié)構(gòu)是在軟件工程出現(xiàn)以前的早期操作系統(tǒng)以及目前一些小型操作系統(tǒng)最常用的組織方式。

操作系統(tǒng)剛開始發(fā)展時是以建立一個簡單的小系統(tǒng)為目標(biāo)來實現(xiàn)的，但是為了滿足其他需求又陸續(xù)加入一些新的功能，其結(jié)構(gòu)漸漸變得復(fù)雜而無法掌握。以前我們使用的ms-dos就是這種結(jié)構(gòu)最典型的例子。這種操作系統(tǒng)是一個有多種功能的系統(tǒng)程序，也可以看成是一個大的可執(zhí)行體，即整個操作系統(tǒng)是一些過程的集合。系統(tǒng)中的每一個過程模塊根據(jù)它們要完成的功能進行劃分，然后按照一定的結(jié)構(gòu)方式組合起來，協(xié)同完成整個系統(tǒng)的功能。如圖1所示:

在模塊組合結(jié)構(gòu)中，沒有一致的系統(tǒng)調(diào)用界面，模塊之間通過對外提供的接口傳遞信息，模塊內(nèi)部實現(xiàn)隱藏的程序單元，使其對其它過程模塊來說是透明的。但是，隨著功能的增加，模塊組合結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜而難以控制，模塊間不加控制地相互調(diào)用和轉(zhuǎn)移，以及信息傳遞方式的隨意性，使系統(tǒng)存在一定隱患。

二、層次結(jié)構(gòu)

為了彌補模塊組合結(jié)構(gòu)中模塊間調(diào)用存在的固有不足之處，就必須減少模塊間毫無規(guī)則的相互調(diào)用、相互依賴的關(guān)系，尤其要清除模塊間的循環(huán)調(diào)用。從這一點出發(fā)，層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計采用了高層建筑結(jié)構(gòu)的理念，將操作系統(tǒng)或軟件系統(tǒng)中的全部構(gòu)成模塊進行分類:將基礎(chǔ)的模塊放在基層(或稱底層、一層)，在此基礎(chǔ)上，再將某些模塊放在二層，二層的模塊在基礎(chǔ)模塊提供的環(huán)境中工作;它只能調(diào)用基層的模塊為其工作，反之不行。嚴(yán)格的層次結(jié)構(gòu)，第n+l層只能在n層模塊提供的基礎(chǔ)上建立，只能在n層提供的環(huán)境中工作，也只能向n層的模塊發(fā)調(diào)用請求。

在采用層次結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)中，各個模塊都有相對固定的位置、相對固定的層次。處在同一層次的各模塊，其相對位置的概念可以不非常明確。處于不同層次的各模塊，一般而言，不可以互相交換位置，只存在單向調(diào)用和單向依賴。unix/linux系統(tǒng)采用的就是這種體系結(jié)構(gòu)。如圖2:

在層次結(jié)構(gòu)中，強調(diào)的是系統(tǒng)中各組成部分所處的位置，但是想要讓系統(tǒng)正常運作，不得不協(xié)調(diào)兩種關(guān)系，即依賴關(guān)系和調(diào)用關(guān)系。

依賴關(guān)系是指處于上層(或外層)的軟件成分依賴下層軟件的存在、依賴下層軟件的運行而運行。例如，瀏覽器這部分軟件就依賴gui的存在和運行，gui又依賴操作系統(tǒng)的存在和運行。在操作系統(tǒng)內(nèi)部，外圍部分依賴內(nèi)核的存在而存在，依賴內(nèi)核的運行而運行，內(nèi)核又依賴hal而運行。處在同層之內(nèi)的軟件成分可以是相對獨立的，相互之間一般不存在相互依賴關(guān)系。

三、虛擬機結(jié)構(gòu)

虛擬機的基本思想是系統(tǒng)能提供兩個功能:①多道程序處理能力;②提供一個比裸機有更方便擴展界面的計算機。操作系統(tǒng)是覆蓋在硬件裸機上的一層軟件，它通過系統(tǒng)調(diào)用向位于它之上的用戶應(yīng)用程序服務(wù)。從應(yīng)用程序的角度看來，操作系統(tǒng)像是一臺“計算書”，只不過它的功能比硬件裸機更強，它的指令系統(tǒng)是系統(tǒng)調(diào)用集而己。因此，從概念上來講，操作系統(tǒng)是“虛擬機”。這是“虛擬機”概念的來源。利用cpu調(diào)度以及虛擬內(nèi)存技術(shù)，操作系統(tǒng)可以給運行于系統(tǒng)中的進程以假象:好像進程擁有自己的cpu和存儲器，如同系統(tǒng)中只有一個進程，系統(tǒng)所有資源都為它服務(wù)。從這個角度來講，操作系統(tǒng)為每一個進程創(chuàng)建了一個使該進程獨立運行于其中的“虛擬機”，在這個“虛擬機”中，進程擁有自己的“cpu”和“存儲器”，同時進程還得到了硬件所無法提供的文件系統(tǒng)功能。虛擬機操作系統(tǒng)就是根據(jù)這一想法而產(chǎn)生的。

虛擬機操作系統(tǒng)不提供傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)的功能。最初的虛擬機僅僅為進程提供一個訪問底層的接口，它通過對硬件的復(fù)用提供給每一個進程以硬件的一個拷貝，因此能夠直接的運行在硬件上的程序都可以直接運行在虛擬機之上。后來出現(xiàn)了另外三種體系結(jié)構(gòu)的虛擬機:由機器虛擬指令映射構(gòu)成的虛擬機。

虛擬機操作系統(tǒng)并沒有提供一個供應(yīng)用程序直接運行的現(xiàn)成環(huán)境，它僅僅是對硬件進行(分時)復(fù)用從而得到硬件的多個拷貝，應(yīng)用程序不可以直接運行在硬件之上，因此它也無法運行在虛擬機操作系統(tǒng)之上。通常的情況是，普通的操作運行在虛擬機之上。而應(yīng)用程序運行在各自的操作系統(tǒng)之上，由于虛擬機操作系統(tǒng)是通過(分時)復(fù)用硬件資源同時提供多臺虛擬機，因此同時可以有多個不同的操作系統(tǒng)運行在同一物理硬件機器之上，因此可以有多個不同操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以同時運行在同一臺物理硬件機器之上。

雖然虛擬機操作系統(tǒng)有著誘人的特性，但是最突出的一個問題是實現(xiàn)比較困難。如果要實現(xiàn)的是底層硬件的完全拷貝，也即它要模擬硬件幾乎所有的特性，那將是相當(dāng)困難的一件事情。因此現(xiàn)代許多商業(yè)虛擬機采用映射部分指令結(jié)合直接調(diào)用宿主操作系統(tǒng)功能的方法，但這樣必然會導(dǎo)致虛擬機性能的損失，所以虛擬機操作系統(tǒng)在業(yè)界是屬于非主流的，但是在學(xué)術(shù)界有著重要意義，因為它是研究操作系統(tǒng)技術(shù)的理想平臺。

四、微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

操作系統(tǒng)研究領(lǐng)域最近十幾年突出的成就應(yīng)該是微內(nèi)核技術(shù)。微內(nèi)核的研究動機是為克服已有的操作系統(tǒng)內(nèi)核由于功能的增加而逐漸變大的缺點。圖3所示:

微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的基本思想是把操作系統(tǒng)中與硬件直接相關(guān)的部分抽取出來作為一個公共層，稱之為硬件抽象層(hal)。這個硬件抽象層其實就是一種虛擬機，它向所有基于該層的其它層通過api接口提供一系列標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。在微內(nèi)核中只保留了處理機調(diào)度、存儲管理和消息通訊等少數(shù)幾個組成部分，將傳統(tǒng)操作系統(tǒng)內(nèi)核中的一些組成部分放到內(nèi)核之外來實現(xiàn)。如傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的文件管理系統(tǒng)、進程管理、設(shè)備管理、虛擬內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)核功能都放在內(nèi)核外作為一個獨立的子系統(tǒng)來實現(xiàn)。因此，操作系統(tǒng)的大部分代碼只要在一種統(tǒng)一的硬件體系結(jié)構(gòu)上進行設(shè)計就可以了。

微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的主要特點有:①內(nèi)核非常小。②許多操作系統(tǒng)服務(wù)不屬于內(nèi)核，而是運行在內(nèi)核之上的，這樣，當(dāng)高層模塊更新時內(nèi)核無須重新編譯。③有一個硬件抽象層，內(nèi)核能方便地移植到其它的硬件體系結(jié)構(gòu)中。因為當(dāng)需要移植到新的軟件或硬件環(huán)境中時，只需對與硬件相關(guān)的部分稍加修改即可把微內(nèi)核嵌入到新的硬件環(huán)境中，在多數(shù)情況下并不需要移植外部服務(wù)器或客戶應(yīng)用。④靈活性和擴展性.微內(nèi)核最大的優(yōu)點之一就是它的靈活性和擴展性。如果要實現(xiàn)另一個視圖，可以增加一個外部服務(wù)器。若要想擴展功能，可以增加和擴展內(nèi)部服務(wù)器。

微內(nèi)核思想雖然是一種非常理想的，理論上具有明顯先進性的操作系統(tǒng)設(shè)計思想，但是現(xiàn)代微內(nèi)核結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)還存在著許多問題，現(xiàn)代微內(nèi)核操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能還不夠理想。在市場和應(yīng)用領(lǐng)域，微內(nèi)核的應(yīng)用在近幾年逐漸廣泛，很多過程控制計算機不以通用計算機的面貌出現(xiàn)，只是完成特定的專用功能，常常采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。

五、分析、評價

以上介紹的模塊組合結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)、虛擬機結(jié)構(gòu)和微內(nèi)核結(jié)構(gòu)四種典型的操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)主要是通用機上采用的體系結(jié)構(gòu)，如模塊組合結(jié)構(gòu)是早期ms-dos系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)是unix、linux和windows9x系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，這些系統(tǒng)的功能相對完善，處理能力很強，但是這些系統(tǒng)內(nèi)核都比較大，對于嵌入式系統(tǒng)里硬件系統(tǒng)多元化以及小存儲空間的問題，這些通用的操作系統(tǒng)不可能直接移植到嵌入式產(chǎn)品上進行使用。因此研究更加合理嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)將有利于提高嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，提高系統(tǒng)的可復(fù)用性。

參考文獻

[1]顧明，趙曦濱，郭險等.現(xiàn)代操作系統(tǒng)的思考.電子學(xué)報，2002，12(12a)