计算机系统结构：存储系统优化与性能分析

本资源主要涉及计算机系统结构中的关键概念和问题解答，涵盖了多个主题，包括计算机层次结构、翻译和解释、体系结构、透明性、系列机和软件兼容性，以及冯·诺依曼结构的存储程序计算机。以下是详细的知识点总结： 1. **层次结构** - 计算机系统按照功能划分为多级层次，每级使用不同的语言，如N+1级程序转换成N级程序后执行，以实现不同层次间的通信。 2. **翻译与解释** - 在基于层次结构的系统中，通过逐条将高级语言指令转换为低级语言指令执行，以提高效率。在执行过程中，高级指令不再实时解析。 3. **体系结构与透明性** - 体系结构是程序员视角的计算机属性，包括概念性结构和功能特性。透明性指的是用户可能无需察觉底层细节就能使用系统特性。 4. **系列机与兼容性** - 同一制造商的不同型号计算机具有相同体系结构，但配置各异；软件兼容性指的是软件能在不同体系结构的计算机上无修改运行，结果一致，只是速度有所差异。 5. **冯·诺依曼结构** - 存储程序计算机的基本设计，程序和数据共用存储空间，指令按照执行顺序存储。 6. **并行性和时间重叠** - 并行处理允许同时执行多个任务，时间重叠则利用设备部件的空闲时间，提高硬件利用率。 7. **存储系统成本与性能** - 存储系统的成本计算涉及命中率、存储容量、存取时间和成本等因素，如存储系统每千字节平均成本与等效存取时间的关系。 8. **缓冲技术** - 通过增加缓冲区来提高命中率，如当从低速存储器M1访问未命中时，将所需数据块从高速存储器M2加载到缓冲区，以便重复访问。 9. **存储系统容量设计** - 如何设计两层存储系统（Cache和主存储器），考虑不同容量、命中率、成本和存取时间之间的关系。 在第2部分的问题解答中，具体探讨了如何根据给定条件（如Cache命中率、主存储器容量、成本比例和存取时间）进行合理的容量设计，包括针对不同Cache容量下的命中率分析，以及在特定时间条件下的成本和性能优化。 这些知识点有助于理解和设计高效能的计算机系统，包括存储系统的选择和优化策略。理解这些概念对于从事IT开发、系统架构设计和优化工作的人来说至关重要。