计算机系统结构是计算机科学中的一个核心领域，它研究的是计算机硬件和软件之间的接口以及它们如何协同工作以执行任务。在高等教育出版社出版的《计算机系统结构》一书中，由张晨曦和王志英两位专家详细阐述了这个领域的关键概念和实践问题。这本书不仅提供了丰富的理论知识，还包含了大量试题，帮助读者深入理解和掌握计算机系统结构。
一、计算机系统结构基本概念
1. 计算机硬件组件：包括中央处理器（CPU）、内存、输入/输出设备和存储系统。CPU是计算机的大脑，负责执行指令；内存存储临时数据；输入/输出设备用于与用户交互；存储系统则长期保存数据。
2. 总线：是连接计算机各部件的信息传输通道，分为数据总线、地址总线和控制总线。
3. 指令集架构（ISA）：定义了CPU能理解和执行的指令集，包括指令格式、寻址模式、运算符等。
4. 存储层次：计算机采用多级存储体系，如高速缓存（Cache）、主存、磁盘和网络存储，以平衡性能和成本。
二、计算机系统结构的主要组成部分
1. 控制单元：负责解释指令并生成控制信号，指导其他部件的操作。
2. 运算器：执行算术和逻辑运算。
3. 寄存器：高速数据存储单元，用于临时存放数据和指令。
4. Cache：为了解决CPU与内存速度不匹配的问题，设计出高速小容量的Cache，减少访问主存的次数。
三、计算机系统的并行处理与分布式计算
1. 并行处理：通过多个处理器同时执行任务来提高计算效率，包括数据并行和任务并行。
2. 分布式计算：将计算任务分布在多台计算机上，通过网络进行通信协调，实现大规模计算。
四、虚拟化技术
虚拟化技术使得一台物理机器可以同时运行多个独立的操作系统实例，提高了硬件资源的利用率。
五、计算机性能指标
1. CPI（Cycles Per Instruction）：每条指令所需的周期数，用来衡量CPU效率。
2. MIPS（Millions of Instructions Per Second）：每秒执行百万条指令的速度。
3. FLOPS（Floating Point Operations Per Second）：浮点运算每秒次数，衡量科学计算性能。
六、计算机系统安全与可靠性
1. 内存保护：防止程序非法访问其他程序或系统的内存区域。
2. 错误检测与纠正：通过校验码技术检测并修复错误，保证数据的正确性。
通过《计算机系统结构》的学习，读者不仅可以理解计算机内部的工作原理，还能掌握如何设计和优化系统以提升性能、可靠性和安全性。参考试题的练习有助于巩固理论知识，提高分析和解决问题的能力。
