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计算机系统结构论文范文
计算机系统结构论文范文 计算机系统结构论文范文篇一 《计算机系统结构教学探索》 摘要：计算机系统结构是计算机专业的一门专业基础课，本文根据计 算机结构的课程特点，从教学方法、教学手段、实践环节方面，提出以学生为主 体，利用多媒体教学等手段来提高学生的学习兴趣和主动性，从而提高了学习效 果。关键词：计算机系统结构 动画演示法 联系比较法 实践环节 0 引言 计算机系统结构是计算机专业本科生的一门专业必修课程。课程的目 标是提高学生从系统和总体结构的层次来理解和研究计算机系统的能力，帮助学 生建立整机系统的概念;使学生掌握计算机系统结构的基本知识，原理和性能评 价的方法，了解计算机系统的最新发展。使学生领会系统结构设计的思想和方法、 提高分析和解决问题的能力。但是在教学中一直存在教学内容中原理和概念较多， 综合性强，比较抽象，难学难懂，实验的硬件条件缺乏，学生学习兴趣等不高问 题。笔者在多年的教学过程中，不断吸取其它高校的教学经验，对计算机系统结 构教学进行改进和总结。
1 课程的内容和特点 1.1 课程内容 计算机系统结构课程本科教学时长安排为50学时，实验为22学时。根 据国内外其它院校的教学思路，结合对计算机人才知识结构的要求，课程内容包 括概论;指令系统;输入输出系统;存储体系;流水线技术;并行处理机;多处理机和 课程实习。重点讲授内容为存储体系和指令级并行技术，存储系统是体系结构设 计中的瓶颈问题，是系统成败的关键;指令级并行技术为计算机体系结构中的经 典问题流水线、并行性等设计。而对并行计算机，多处理机只作简单介绍。从而 突出了基本知识，注意和先修课程内容的贯通。
1.2 课程特点(1)综合性强。计算机系统结构开设在第7学期，先修课程有：汇编语 言程序设计、数据结构、计算机组成原理、操作系统、编译原理等课程。教学中 要求学生综合应用各课程知识，教学难度较大。(2)理论性强。内容抽象复杂， 概念多，学生感到学习难度大，教学处理不好的话，学生的学习积极性不高。(3) 缺乏实验环境，学生无法获得对计算机系统结构性能改进的直观认识。由于大多 数高校硬件条件不满足，故许多高校在开设这门重要课程时，仅仅停留在理论讲 授上，相应的实践教学是空白，学生面对枯燥理论，学习兴趣缺乏，不利于提高 教学质量。
2 教学的探讨 根据本课程的特点，教学大纲的要求，从培养学生能力的目标出发， 明确目标，积极引导学生，采取动画演示、联系比较、启发式教学法，加强实践 教学，提高了学生学习的兴趣和主动性，从而有效地提升了教学效果。
2.1 明确学生的认识 要想提高学生的学习的主动性，首先要让学生明确该课程的重要性。
一部分学生认为该课程与计算机组成原理，操作系统等课程存在一定的重叠，认 为只是前面知识的重复。另一部分学生由于面临就业和考研压力，只求通过考试 而忽略能力的培养。针对第一部分在学习本课程时阐明该课程与其它课程的关系 和区别。计算机组成原理从硬件系统方面来解释计算机各组成部分的工作原理。
而计算机系统结构跨越了硬件和软件层次，让学生理解计算机系统结构的基本原 理，这样编程时才能考虑更周全，编写更加高效的程序。针对第二部分学生让其 认识到学习不只是为了考试，我们不仅要提高程序和系统的开发设计能力，还应 提高从总体的架构去分析和解决问题的能力。
2.2 明确教学目标 计算机系统结构就是通过采用不同的软硬件技术设计高性价比的计 算机系统，面临硬件性能达到极限，我们主要从存储系统、指令系统、指令并行 性来分析和评价计算机系统设计，使学生理解计算机性能的提高的方法。例如， 提高CPU计算速度可以采用方法：
一种是提高处理器的主频;第二种方法是提高 指令执行的并行度，当前CPU中都采用超标量超流水线技术，流水线结构其实就 是一种提高并行度的方法。CPU不像以前通过提升主频来提升速度，因为硬件速度的提高是有限的，最大只能是光速，所以CPU还通过多核的技术来提升速度。
这样，学生在学习时运用所学的知识来分析，有利于培养他们发现问题、分析问 题、解决问题的能力。
2.3 采取合理的教学方法和教学手段 (1)动画演示。教学中采用大量的动画来系统解析教学内容，包括系 统的结构、工作的原理、工作流程以及一些算法等，把以往抽象、枯燥的解说变 为形象生动的动画动态展示和讲解。这些动画动态的把讲解内容展现在学生面前， 突出知识的核心思想和关键知识点，容易理解和提升学习的兴趣。(2)联系比较 法。把本课程中的一些概念、策略和思想与现实生活中的事例进行联系比较，如 与生产流水线相联系。目的是使学生更好地理解和掌握教学内容，抓住关键思想， 联系实际，从而提高了教学效果。(3)启发式教学法。由于高年级学生都有很好 的自学能力，在教学中积极地根据学习的内容提出一些问题，让学生通过查阅资 料，讨论学习某个问题。如RISC和CISC相比较，在理论上RISC处理器占有优势， 但在实际微处理器中主要是CISC处理器;计算机处理器的发展提高到一定的主频 后，主要过多核设计来提升CPU性能等。极大地提高了学生的学习的兴趣和积极 性。
2.4 加强实践教学 国内外高校计算机系统结构的实验一般分为偏重软件的程序员角度 和偏重硬件设计人员角度。计算机科学专业开设的实验课程一般偏重软件人员， 强调从程序员的角度去了解整个计算机系统如何运行，为程序的优化，可靠性的 保证等提供基础知识，实验课程一般用高级程序语言和模拟器实现。而计算机工 程专业开设的实验课程一般偏重硬件，强调从硬件设计人员的角度如何设计和实 现整个处理器系统，实验课程要求用相关的硬件描述语言实现系统，在FPGA上 测试验证。①我们是偏重于软件的，为了让学生应用流水线技术，尝试改进流水 线性能的新技术，提高学生对现代计算机系统的认识，引进了DLX虚拟处理器实 验。利用DLX虚拟处理器可以进行处理器指令系统的设计，流水线的设计与实现、 并行处理的设计与实现等带有新一代处理器思想和技术的实验。从而充分调动学 生的能动性，提高了学生的学习兴趣，以及分析问题、解决问题的能力。
3 结束语 本课程具有内容综合性强、理论多、难度大等特点，教师对课程明确教学目标和定位的基础上，重视教学方法和多媒体手段，加强了实践教学，积极 引导学生，提高了学生对本课程的兴趣，达到了较好的教学效果。
计算机系统结构论文范文篇二 《计算机操作系统的结构及功能探讨》 摘 要：计算机的操作系统整合管理计算机的硬件资源、软件系统使 计算机根据指令进行工作。现代计算机技术的高速发展，使人们对计算机的操作 系统提出了更高的要求，要求计算机操作系统更加人性化、人机界面更加友好、 操作系统简洁、安全、可靠，并且要求操作系统占用更少的空间，提高计算机的 整体性能，并能够不断为计算机缩小体积和重量，使计算机更加便于携带已经成 为计算机操作系统未来发展的方向之一。
关键词：操作系统;结构;功能 操作系统作为计算机的核心组成部分，在计算机系统中占据重要地位。
自计算机诞生以来，人们一直致力于研究和革新计算机操作系统，不断挑战实用 性和完美性的计算机与系统的结合。计算机的种类繁多，包括个人计算机、服务 器、大型计算机、超计算机等，应用范围也不同，从个人使用、办公、科学研究、 网络服务器、工业自动化控制等等。而不同的计算机，不同的应用范围都需要不 同的操作系统支持计算机在各自领域的应用。随着计算机的应用范围越来越广， 计算机系统的结构和功能也必须不断更新和进步。此外，计算机的硬件技术也不 断发展，高度集成化、智能化的技术不断应用到计算机硬件的研发中，短短数十 年，计算机的CPU从单核发展到双核、多核，现在已经出现了8核的CPU。此外， 计算机的硬盘容量和显卡控制系统也不断更新，存储量和存储效率不断提高，以 满足更高的用户需求标准。例如十年前，一部高清DVD格式的电影也就500mb 左右，而现今的高清电影动辄十几个G，因此计算机硬件也不得不跟上时代发展 的需要。在此情况下，计算机操作系统技术的不断发展技术发展和社会进步的必 要，也是不断满足用户需求，为用户提供更加高效、快捷的计算机需求的必然[1]。
1 计算机操作系统的发展 1946年世界上第一台计算机在美国诞生，半个世纪来，计算机不断进 化、发展，已经成为近代社会对世界影响最大的发明之一。计算机的进化过程中不断以提高运算速度、缩小体积、增大容量为发展动力，整个发展过程不仅要求 计算机硬件不断应用新技术不断发展，同时也要求能适应硬件发展需求和计算机 进化需要的操作系统。
计算机诞生之初并没有操作系统，人们通过各种按钮来控制计算机， 随着计算机功能的不断增加，应用范围不断增大，传统的按钮已经不能满足计算 机操作的需要。后来，科学家们研究了针对计算机控制其工作的汇编语言，这种 汇编语言是计算机操作系统的雏形。操作者将汇编语言打制成有孔的纸带，并输 入计算机中，供计算机编译。此后，为了更好的使计算机运行和管理应用程序， 科学家们通过不断研究发明了操作系统，计算机操作系统很好地实现了对计算机 程序的控制和共用，能够对计算机的硬件资源进行高效管理，同时得益于集成电 路技术的高度发展，微型计算机开始走向了改变世界的开始。
计算机发展至今，已经成为一门完整的学科，它的应用领域越来越广 泛，已经成为现代信息社会的基础。二十一世纪是信息时代，信息时代离不开计 算机技术的支撑，无论是大型计算机还是微型计算机，必须有硬件和软件共同组 成，硬件技术随着机械、电子技术的发展不断前进，而软件技术中的最重要的组 成部分―操作系统也必须不断优化结构，不断开发新的功能，以适应现代社会的 需要。
2 操作系统的结构 操作系统作为典型的软件，是具有特殊结构的知识产品。软件的结构 是软件功能和操作方式的体现，是反映计算机硬件程序的客观存在。由于客观世 界的不断变化，软件系统作为为客观事物服务的系统，也必须不断改变，以适应 新的需求和新的技术进步。软件的结构设计决定了软件的功能和性能，是计算机 软件工程师们一直研究的问题，而计算机操作系统作为大型的软件结构，需要更 科学、强大的结构系统。计算机的操作系统的结构通常有整体式结构、层次结构、 模块结构和内核结构等部分组成，以下分别介绍各个结构的功能与特性。
2.1 模块组合结构 模块组合结构在早期的开发思路是“各司其责”。结构化的程序设计为 早期的模块组合结构系统的开发提供了开发思路，在设计模块化的组合结构时， 设计人员为了响应多通道程序同时运行的需求，设计了“进程”的系统概念，并且 设计了分时系统。在操作系统中首次应用了虚拟存储器的概念，使当时内存较小的计算机能够同时运行多个程序。为了更加优化系统多进程问题，研究者们设计 了条件变量机制，并且针对结构中核内实体间的不安全因素提出了权能系统，典 型的基于权能的系统如Hydra、EROS等[2]。随着计算机系统规模的不断扩大， 模块之间的交互影响越来越繁琐，模块组合结构已经不能适应大型操作系统的发 展需要，于是科学家们开始寻找更加高效的系统结构的设计方法，在此情况下， 分层结构和层次结构开始应运而生了。
2.2 层次结构 层次机构是解决系统中多程序同时运行占用共享资源的矛盾的重要 解决思路。在进程分层结构中，系统按照依赖关系分层实现系统功能，下层模块 为上层模块提供功能结构，同时利用其更下层的模块提供的接口来为本层的系统 服务，通过严格的层次调用，规定只能由上层模块调用下层模块，制约了模块结 构中的系统交互，使系统的结构更加简单明了。而层次结构中也因为过多的层次 降低了计算机系统的性能，同步分散，导致任务控制存储资源浪费较大，同时无 限制的分层使系统膨胀化。基于层次结构中的优点和缺点，上世纪80年代后期， 科学家们根据模块结构和层次结构的优缺点，研究出了微内核结构，试图用微内 核结构解决层次结构中的一系列问题。
2.3 微内核结构 微内核结构又叫服务器与客户结构。在此机构中，绝大部分的系统服 务用于空间执行，系统中的基本功能在内核模式下运行，其它服务都以进程的形 态与用户存在于特权级中。内核中的基本功能包括线程管理、空间映射、中断处 理、异常处理、和消息机制的任务通信。微内核机制的有诸多优点，例如内核精 简，可移植性好;稳定性、安全性好;易于维护;可扩缩性好，直接支持分布式应用。
而早期的微内核结构并不被业界看好，因为进程间的通信都通过微内核，是通信 切换开销过于复杂。指导二十世纪九十年代后期，科学家们提出了第二代微内核 结构的思想，针对IPC机制进行了优化，极大地提高了系统的性能，微内核结构 才开始被广泛应用。
截至到现在，模块组合结构、整体式结构、层次结构、微内核结构仍 然在不同的计算机操作系统中被应用，因为这几种结构都具有自身的特点和优点， 同时也有各自的缺陷，因此适用于不同的计算机系统。层次结构从纵向管理操作 系统，是“垂直结构”，主要特点是低层服务与高层;微内核结构的特点是横向管 理操作系统，是“水平结构”，两种结构都可以应用于虚拟操作系统，是分别面向过程和面向指令的操作系统。
3 操作系统的功能 操作系统的主要功能如下：
3.1 系统管理功能 (1)进程管理功能，通过系统的调度使用户在单任务下，采用独占的 方式运用处理器处理任务，在多程序和多任务下使用处理器调度任务、分配任务 和资源并回收任务[3]。
(2)存储管理分为几种功能：存储分配、存储共享、存储保护、存储 扩张。
(3)设备管理分有以下功能：设备分配、设备传输控制、设备独立性。
(4)文件管理：文件存储空间的管理、目录管理、文件操作管理、文 件保护[4]。
(5)作业管理是负责处理用户提交的任何要求。
3.2 协调功能 计算机操作系统还具备协调功能，系统充分利用计算机资源，协调资 源使用过程中的关系，合理调度各种计算机资源，使高速设备和低速设备都能充 分发挥作用。
3.3 提供系统环境 计算机操作系统为用户提供使用计算机的环境，而非原始计算机的按 钮操作或打孔纸条程序，使用户在友好的界面下向计算机发布各种命令，实现各 种功能。操作系统通过自身程序，将计算机的硬件资源和软件资源的具体资源抽 象化、形象化，并表现出来，使用户能够快捷方便地使用计算机满足自身需求[5]。
4 结束语 二十一世纪是信息时代，计算机是信息时代的支撑基础，计算机操作 系统必须不断创新结构和功能，满足网络时代、信息时代的不断更新的需求，满足社会发展和各行各业的应用的需要，才能开发出更科学完善的、人性化的、实 用性更强的操作系统。
