计算机系统结构

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计算机系统结构范文第1篇

关键词：系统结构；系统；数据库；学习论坛；动态网页；在线考试

中图分类号：G434 文献标识码：A文章编号：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）专题辅助教学系统的发展现状

通过互联网，学生可利用远程资源在网上完成学习的各个环节。但是目前很多专题学习辅助教学系统存在许多不足，主要包括以下几个方面：

1.重开发实践，轻理论研究，真正实用的教学软件系统不多

2.专题选择的范围不恰当

3.专题内容多杂，针对性差，学科特征有所忽视

4.忽略“师生共建”的原则，建设主体单一化

5.辅助教学系统建设过程与应用过程分离

二、数据库系统功能设计

（一）数据库设计方案

1.数据库设计原则及优化

数据库设计遵循生命周期法等系统方法，强调分步进行和推迟实现。用户是系统开发设计的提出者和最终使用者，因此在进行数据库设计时必须强调用户参与。数据库的设计应分阶段进行，前一段的结果作为后一阶段设计的依据，后一阶段也可以向前一阶段反馈要求。具体设计步骤如下：

（1）需求分析：通过广泛、详细、深入的调查，了解计算机系统结构辅助教学系统的信息需求和处理需求，根据调查结果形成合理的需求分析说明书，作为设计的依据。它包括数据库所涉及的数据范围、各项数据的特征描述、数据量等。如数据名称、类型、是否主码等。

（2）概念设计：利用数据库模型表述数据与数据之间的关系。在概念设计的时候先设计与具体的用户应用相关的设计结构，然后进行视图集成，经过反复推敲、修改，最后得到一个能正确的反映单位数据及其相关联系并能满足各种处理需求的数据模型。

（3）逻辑设计：将概念数据模型转换为一DBMS对应的逻辑数据模型，同时也将用户视图转换为外模式。

（4）物理设计：根据具体DBMS的特点设计数据库内模式，由于计算机系统结构辅助教学系统的数据库并非大型数据库所以对系统性能影响不大，但是同样应该根据处理要求、设备性能等进行精心的设计优化。

在分步设计的过程中，如果发现某一阶段的设计不理想，可以立即反馈，对原设计进行修改，通过如此反复进行，实现数据库的优化。

2.数据库的安全性

计算机系统结构辅助教学系统使用Microsoft Office Access 2003数据库。为了保证数据库的安全，限制非授权的存取，数据库系统具有一个安全与授权子系统。它包括方面的内容：第一，为管理员提供建立用户帐号和密码，第二，进行安全性检查。

在本教学系统中，数据库安全体现在以下两个方面：

（1）采用数据库密码的登录。

（2）采用MD5加密算法进行加密。防止了SQL的注入，即使数据库被非法登入也无法知道用户的登陆信息，大大提高了用户信息的安全性。

（二）数据库系统的功能设计

1.学习论坛模块数据库实现的功能

学习论坛系统模块的结构功能如下所示：

（1）用户注册：以严格的注册流程，合理化的动态表单，实现注册人员的信息收集。

（2）用户登陆：动态实现窗口登陆，功能引导，并对非法登陆给予限制。同时登陆时根据权限授予相应的功能，登陆时分三种权限：普通用户，斑竹，超级管理员。用户登陆页面。

（3）帖子管理：对各栏目帖子的管理，可以简便实现帖子的回复，打印，增删新贴。同时可以搜索相应发贴人的资料。

（4）公告管理：管理员可随时登陆更新公告的信息，修改，添加，删除已的公告信息。

（5）用户管理：超级管理员可以授予用户不同的权限，通过斑竹管理相应的论坛，减少超级管理员的工作量，方便论坛的管理。同时，管理员也可以启用禁止用户，修改，删除用户的信息及他所发的帖子。

（6）搜索功能：可以实现用户对帖子及用户的分类快速搜索。按的时间和论坛类别进行限制性的搜索。

（7）资料显示：显示当前用户注册的信息及发，回帖子的情况，同时也可以对已添的资料进行修改，删除。

（8）论坛管理：管理员可以整添新的论坛，确定斑竹人选，还可以对已有的论坛进行修改，删除。

2.新闻公告模块及在线考试模块数据库实现的功能

在新闻公告模块中当用户打开系统首页后，首先看到的是新闻动态、站内公告两个版块，其中每个版块均显示最新的8条信息，并且提示的标题，时间，作者，浏览次数。大家可以分版块有选择的查看最新新闻动态、阅读本站的最新公告。

新闻动态模块与站内公告模块类似，点击相应的标题就可以直接进入相应的阅读，并且可以在百度上搜索与之相关的信息，如图1。

在线考试模块，对用户进行在线测试。这里选择10道有代表性，不同难度的试题对学生进行测试，目的是验证学生对这个知识点的掌握程度，答题完毕提交后会自动显示结果，并且给出正确的结果。

3.后台管理模块数据库实现的功能

在后台管理模块中当用户打开管理首页后，首先看到的是登陆界面，只有在正确登陆的情况下才能对后台的信息进行更新。后台管理主要包括下面几项功能：新闻动态文章的管理，站内公告文章的管理，用户管理，站点信息动态管理，频道栏目的管理。

进入后台管理模块，在后台登陆界面中输入相应的用户名和密码，系统随机产生四位有效验证码，在上述三项正确填写后，进入后台管理的首页登陆成功，就可以直接进入管理界面，进行相应信息的管理，如图2所示。在首页中，可以对用户，新闻，公告，频道栏目，站点信息进行相应的管理。图3是后台管理模块流程图。

三、结论

我们在研究国内外已有的计算机系统结构辅助教学系统的基础上，结合师生的实际需要，开发了新的计算机系统结构辅助教学系统。本系统主要包括课堂教学、学习论坛、在线考试、课件下载，维客天下，教学大纲，后台管理等功能模块。

本文主要介绍了计算机系统结构辅助教学系统数据库的设计与实现过程。首先，说明了利用JSP创建并运行动态交互的网络服务器应用程序生成动态网页的方法，然后，系统地阐述了使用数据库进行网站数据库的设计、创建、管理和安全维护的方法。最后，介绍了添加数据库驱动，建立数据连接，完成数据操作，关闭数据库连接的实现方法。本软件系统测试结果表明系统的学习功能比较全面、运行良好，为广大学生提供了一个很好的学习计算机系统结构课程的辅助平台。

参考文献：

[1]彭林,余艳.Access 2003金典教程.北京:人民邮电出版社,2001

[2]廖彬山,高峰霞.Web数据库开发技术.西安:电子工业出版社,2001

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

计算机系统结构范文第2篇

关键词：高级计算机系统结构；双语教学；课程建设；

作者简介：裴颂文（1981-），男，湖南邵东人，上海理工大学计算机科学与工程系，讲师。（上海 200093）

基金项目：本文系上海市教育委员会重点课程建设项目（项目编号：1K-12-302-001）、上海理工大学核心课程建设项目（项目编号：1K-00-302-010）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0076-02

面对国内知名高校计算机专业建设国际化教学的大趋势，上海理工大学加大计算机专业课程国际化建设的力度，培养国际化教学团队，开辟国际化精品课程。从课程设置、教材选编、师资队伍、助教制度、国际交流等五个方面建设一套上海理工大学独特的国际化教育模式，体现出教育差异化优势。培养既具有专业背景又能走向国际的计算机专业学生，推进上海理工大学由教学研究型向研究教学型大学转变，把上海理工大学建设成“卓越工程教育”的上海市旗舰高校、全国工程教育的示范高校。

计算机科学技术的变革日新月异，计算机系统结构的发展突飞猛进，通过引进全英文经典教材实施双语教学具有重要的意义。在计算机专业本科生课程中实施双语教学的前期尝试，效果不尽如人意。主要原因在于：第一，本科生的英语听力和阅读能力欠缺，难以有效地理解课程内容；第二，本科生的专业基础的知识结构尚不完整，无法深入理解计算机系统结构的研究前沿课题。而针对研究生的“高级计算机系统结构”课程采用双语教学，因为绝大多数研究生都具备大学英语六级的水平，外国留学生也均来自母语是英语的国家，英语听说能力基本能满足教学的需求；同时，研究生绝大多数都是计算机相关专业毕业的本科生，具备计算机相关专业的基础知识。

通过对“高级计算机系统结构”的双语教学，一方面使得研究生能获得最新的研究方向和研究热点，另一方面将进一步提升研究生的专业英语能力，使得研究生在未来的研究和工作中受益。特别是在2011年计算机科学与工程系获得计算机科学与技术专业和软件工程专业两个一级学科硕士学位授予权的发展机遇期，增强计算机系统结构研究领域内的科研力量，扩大科研创新增加科技成果，推进“高级计算机系统结构”课程的双语教学能力和课程建设，具有重要的现实意义。

一、优化课程设置

计算机系统结构是计算机科学与技术及其相关专业的学位课，其教学内容涵盖了计算机组成原理、编译系统、操作系统、数据结构、数字逻辑等计算机专业的基础课程。因此，国内外著名大学计算机系对这门课程非常重视。据调查，美国的MIT、CMU、UIUC、Stanford 等著名大学都采用最新的计算机系统结构领域内的权威教材，如David A. Patterson等人编写的《Computer Architecture：A Quantitative Approach》。上海理工大学计算机相关专业的研究生课程“高级计算机系统结构”，进一步量化分析和设计计算机系统结构，多年来一直将该课程列为研究生的学位专业课。从前几年的教学情况来看，这门课程在课程设置上的主要问题体现在：

最近几年计算机系统结构发展迅速，如多核处理器、内存技术、总线技术等都取得了飞跃发展，而前几年的课程内容知识陈旧，难以跟上最新技术的步伐，学生希望接触到最前沿的学科发展和研究动态。

“高级计算机体系结构”课程，教学内容与本科阶段的课程内容差别不大，学生觉得有重复教授的内容出现。

由于计算机系统结构是计算机专业综合性最强的一门课程，涉及到计算机软件设计、编译系统、硬件设计等全面知识，学生学习基础薄弱，学习起来比较吃力，从而导致愿意从事计算机系统结构前沿研究的学生不多。

学生反映该课程教学内容多，知识结构全面，前沿课题突出，学习难度大。但是，该课程的学时数和学分数严重偏少，难以深入理解和讲授，不愿意花费大量时间着重学习一门学分偏少的课程。因此，该课程的重要性难以引起学生的重视。

因此，对“高级计算机系统结构”课程采用双语教学，在课程设置和教学内容上非常重视教学内容的更新，坚持每年更新的内容占15%～20%。因此，本课程决定不选用前几年教学中的老教材，而选用最新的、全英文版本的《Computer Architecture：A Quantitative Approach（Edition 5）》作为高级计算机系统结构的教材，并且跟踪计算机系统结构领域内的最新研究成果，组织研究生分组讨论和课程报告。不仅让学生学习计算机系统结构的理论知识和分析方法，引导学生提出新的方法和新的解决方案，而且要求学生采用最新的研究工具，亲自动手设计设计实验，完成方法的验证，进一步提高学生的动手能力和编程能力。

二、更新教学内容

一方面采用最新版本的、与国际接轨的计算机系统结构量化分析教材，由主讲教师进行课堂教学，学生学习；另一方面采用研讨式教学方法，在主讲教师对前沿课题进行介绍的基础上，由学生分组就某个领域进行专题研究，并由学生提出新方法或新的解决方案，分享新思想，研讨新办法。如此，采用师生互动方法，学生既学习到了基本方法又能体会到研究最新技术的乐趣，获得研究成果的成就感。因此，教学内容主要包含计算机系统结构量化分析课程教学和前沿课题研讨两个方面。专题教学内容更新如表1所示。

三、强化师资队伍

从事国际化教学的教师可以从三个方面进行师资队伍建设：

加快青年教师国际化交流与培训的力度，培养本校青年教师骨干，建设一支稳定的全英语或双语教学队伍。近几年连续、有序地派出优秀青年教师到美国、加拿大、澳大利亚等国的著名大学进行教学培训和合作研究。

引进具有国际教育经历的教师，开设具有国际特色的专业课程。近几年连续引进了包括来自德国、日本、美国等国著名大学和研究机构的教授或博士毕业生，提升了教师国际化教学水平的整体实力。

邀请国外专家来华开展学术讲座、学术论坛等。通过教师“走出去”、国外教师“引进来”的战略，可以有效促进学术交流，提高学校知名度，对学校的国际化招生具有重要的作用，对推动上海理工大学国际化教育战略、促进学校办学方向的转移具有重要作用。

四、建设助教制度

建设稳定的助教制度，形成有效的助教评估体系。有助于巩固国际化教育的成果，提高理论教学的效果，学习国内外著名高校计算机专业的教学经验，开展综合性课程设计课程。稳定的助教队伍对稳定教师的教学精力、提高教师的教学水平有重要的促进作用。其中，需要涉及以下相关制度的改进工作：改进教师教学工作的评估体系，进一步规范教师对课程设计教学弹性工作的认定；设立稳定统一的助教制度，设置助教专项基金，保证助教的适当报酬，提高助教的责任心。学校要有专门的资金和相应的岗位安排。无论是研究生当助教还是新招聘的毕业生当助教，都应该遵守明确的岗位责任和职业规范。

五、促进国际交流

国际交流对提高上海理工大学的国际知名度、提高教师的教学水平、提升教师与学生的研究能力都具有举足轻重的作用。从以下方面加强建设：设立国际会议资助专项资金，资助学生或青年教师参加高水平的国际会议；积极开展与国外知名大学、教授的合作，加强对上海理工大学专业的介绍；派遣青年教师访问国外知名大学、研究所等；学校设立专项基金，鼓励计算机科学与技术等专业筹办高水平的国际会议；加强学校同海外留学生、各使领馆的联系，促进国际化教育的顺利开展。

六、修订考核方式

由于这门课程着重培养学生的创新能力和实际动手能力，因此学校将以前注重考核基础知识的学习转变为着重考核学生创新能力和实际动手进行研究的能力上。因此，修订后的考核方式如表2所示。

七、结论

通过对“高级计算机系统结构”课程的双语教学，基本达到了预期的目标，既锻炼了学生的学习和研究能力又提升了教师的教学水平和教学效果。计划在巩固当前双语教学的基础上，在后续几年针对外国留学生开设“高级计算机系统结构”的全英语教学课程，逐步打造计算机系统结构的精品课程，提升课程的教学品质，推进计算机科学与技术专业的国际化建设进程。

参考文献：

[1]丁红.计算机系统结构课程双语教学探索与实践[J].科技信息，2009，（15）.

[2]范玉涛.计算机科学与技术专业专业双语教学体系构建[J].计算机教育，2011，（24）．

[3]张晨曦，王志英，刘依，等．“计算机系统结构”课程内容体系的研究[J].计算机教育，2009，（20）.

[4]陈洁，张燕平，赵姝.计算机系统结构课程教学研究[J].计算机教育，2012，（4）.

计算机系统结构范文第3篇

摘要：本文探讨了计算机专业“计算机组成原理”和“计算机系统结构”学科重组的课程体系。

关键词：课程设置；教学内容；整合

中国分类号：G642

文献标识码：B

1两门课程的开设情况

“计算机组成原理”是计算机专业本科生必修的重要核心硬件基础课程之一。计算机专业本科生都会开设该课程。该课程从单处理计算机系统的概念出发介绍硬件和软件两部分，其硬件部分主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件，通过总线构成一个完整的硬件系统。通过学习本课程，学生能建立清晰的“整机”概念，能够掌握计算机的一般组成原理和内部运行机理。

“计算机系统结构”是计算机及相关学科的专业基础课程，是计算机硬件与结构方面重要的一门课程。部分应用技术型计算机专业本科生没有开设该课程。我们学校就没有开设。该课程主要研究软件、硬件功能分配和对软件、硬件界面的确定，即确定哪些功能由软件完成，哪些功能由硬件实现。从总体结构和系统分析这一角度来研究计算机系统。本课程的学习目的是建立计算机系统的完整概念，学习计算机系统的分析方法和设计方法，掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理。

2国外相关教材内容

目前国外有很多类似教材包含了近乎两门课程的教学内容。美国计算机专家William Stallings编著的世界著名计算机教材Computer Organization and Architecture ：Designing for Performance(Seventh Editon)是介绍当代计算机体系主流技术的最新技术的优秀教材。该书以Intel Pentium 4和IBM/Motorola PowerPC作为考察实例，将当代计算机系统性能问题和计算机组织与体系结构的基本概念及原理紧密联系起来。主要内容有CPU性能设计、指令流水线、整数和浮点算术、微程序设计的控制器；RISC处理器和超标量处理器；最新的IA-64体系结构和Itanium处理器；PCI新型系统总线规范；cache存储器组织、cache一致性问题和MESI协议；包括行总线和最近研发的InfiniBand；最后是多个处理器的并行组织，包括对称多处理机、机群系统、非均匀存储器存取(NUMA)系统。

3两门课程的比较和整合

应用技术型本科计算机专业课程的设置应做到面向市场、灵活有效，要对教学内容进行精选，把体现当代科学技术发展特征、多学科知识交叉与渗透的趋势和动向反映出来。整合后的内容如下表所示。

整合后的实验主要是运算器及设计实验、存储器及设计实验、控制器及设计实验、系统总线控制实验、模型计算机实验等。

整合后的课程设计主要是设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机等。注意根据课程进度进行相应的具体的实验项目，此外还要兼顾先简后难。可以先进性简单的验证式实验，然后稍有难度的设计性实验，最后是较大难度的综合性实践。

参考文献

[1] 钟荣柏． 应用型本科计算机专业课程体系的探讨[J]． 科教文汇,2007,(4)．

[2] 王忠华，屈会芳． “计算机组成原理”课程教学的改革与实践[J]． 电脑知识与技术(学术交流),2007,(13)．

[3] 柴志雷． “计算机组成与体系结构”教学初探[J]． 考试周刊,2007,(27)．

[4] 李玉桃,黄贤英． 计算机硬件课程实践教学的改革探讨[J]． 重庆工学院学报(自然科学版),2007,(7).

计算机系统结构范文第4篇

【关键词】数据库系统；计算机体系结构；应用；优化

0 前言

数据库系统作为计算机体系结构的重要组成部分，其在构成上主要以数据库、计算机系统、管理系统以及应用程序等为主。其中各部分功能的发挥都可能对数据库系统产生影响，如数据库系统需由计算机系统进行硬件环境的提供，而数据库负责数据的存储等。因此，如何做好数据库系统的优化成为现行计算机体系结构完善中需考虑的重要内容。

1 计算机体系结构的相关概述

关于计算机体系结构，其实质为系统元素的集合，在集合内系统元素能够协调配合的基础上，便可根据预先定义目标完成信息处理过程。常见的系统元素主要有计算机硬件与软件、数据库系统、文档以及人员等方面。其中硬件负责电子设备或机械设备的提供以使得计算机能力以及其他外部世界功能得以实现；而软件可作为文档、数据库与程序的稽核，提供计算机运行中需要的逻辑方法；数据库则用于集合所有软件访问的信息；文档用于描述计算机系统中的所有图形、表格等信息。现行在Internet网络普及的背景下，要求计算机体系结构在完善过程中能够做到对各类型信息资源进行输入、输出以及管理，而这些信息资源管理活动的开展便需依托于数据库系统，其是计算机领域中发展极为迅猛的技术，同时也是保障计算机体系结构作用发挥的关键部分[1]。

2 数据库系统在计算机体系结构中的具体体现

计算机体系结构中，数据库系统的应用主要体现在四种模式，包括分布式服务器系统、服务器模式、工作站模式以及终端模式等，各种模式在整个计算机体系结构中应用的效果也存在一定的差异。在网络技术快速发展的背景下，现今计算机体系结构中数据库系统模式又倾向于web服务器模式。实际应用中，以往四种数据库系统模式即表现出明显的优势，也存在许多弊端，具体体现在以下几方面。

2.1 从主机/终端模式角度

该模式是计算机体系结构中应用的最早结构模式，其结构具有明显的集中式特征，要求在主机上进行数据库以及管理系统的设置，其他相应的应用程序也需在主机中体现出来。但这种模式下，数据信息共享性极差，仅用户终端能够进行数据的使用，若需对数据库进行访问，要求用户采取拨号形式或利用本地终端以获取需要的数据。其中的本地终端大多不具备数据处理能力，仅以通信软件、键盘与显示器为主。然而不可否认，这种集中式的系统结构对于存储设备中数据区能够安全处理，不同类型的并发用户都可为该结构所支持。从其应用的弊端看，主要表现在系统维护较难，计算机体系结构本身在硬件、软件等耗费较多成本，加上数据库体系结构中的终端系统成本与维护费用，将使计算机应用难以获取应用的经济效益。另外，该模式应用下，网络性能完全取决于主机性能，若有多个用户共同联网，计算机系统的整体性能将表现出明显的下降趋势[2]。

2.2 从文件服务器/工作站模式角度

该模式应用下主要需在计算机体系结构中文件服务器处进行管理系统的设置，在所有PC工作站中都有相应的处理程序存在。一般文件服务器在功能上更侧重于接收与发送文件，并将共享数据向用户提供，但在协同处理方面却较为缺失。事实上，从计算机系统运行中便可发现，即使文件服务器具备较为明显的运行速度优势，但PC中数据库管理系统处于运行状态时仍会限制文件服务器的性能。而且文件传输过程中多以整个文件为主，一旦数据库访问用户数量增加时，传输量也将随之上升，系统运行因此受到影响[3]。

2.3 从客户机/服务器模模式角度

对于这种服务器模式，其主要在服务器处设置数据库管理系统，服务器端与客户端都可利用管理系统进行数据处理。相关的数据处理或数据存储等，可在管理系统运行于服务器端时实现，而在处理输入或输出问题以及屏幕交互时，要求管理系统运行于客户端。此种数据库系统模式在优势上主要表现为能够利用两个系统完成数据的处理，无需考虑系统难以承受过大信息流量的问题，且在维护管理或系统升级中不会耗费过多的成本。而且使数据库管理系统在服务器端或客户端运行时，也可使计算机整个系统的性能得以提升。但该模式应用过程中也表现出一定的弊端，如数据库需保持一定的独立性，为用户使用带来较多难题，如企业中各部门应用数据库时如何做到数据库关联等。因此，计算机体系结构中数据库系统的应用需考虑到引入“无缝隙”访问技术，典型的如分布式处理技术等[4]。

2.4 从分布式系统角度

相比前几种数据库系统应用模式，分布式数据库强调同一系统中数据保持一定的逻辑关系，并在整个计算机网络中使数据在不同节点处分布。实际应用中，为保证用户能够远程获取数据信息，不同位置服务器都需将数据库管理系统设置其中，用户数据获取时如从本地数据库系统一般，直接将请求数据向数据库服务器中发送，若服务器中未寻找到用户数据，可直接通过网络将用户请求向其他数据库服务器中发送，完成信息搜索后会将相应的信息传输给用户，大多情况用户都难以判断是哪个数据库服务器为其提供的数据信息。因此，这种模式的应用可满足现代企业需求，对于解决远程数据传输与共享问题可起到明显的效果[5]。

3 优化数据库系统的相关建议

现行数据库系统为适应计算机技术快速发展步伐，除采取分布式数据库系统模式外，也将Web技术融入其中，许多数据库厂家多采取数据库管理系统与Web技术相结合的方式，使数据库内容检索仅需通过Web浏览器的访问便可完成，对该类型数据库系统可称其为Web数据库系统。为使数据库运行效率进一步提高，在数据库系统优化过程中需做好系统框架的设计，优化数据库的同时考虑数据对连接池进行优化，具体优化策略主要表现在以下几方面。

3.1 系统框架设计的思路

系统框架设计过程中首先考虑系统结构问题，从计算机体系结构中传统数据库系统结构的应用现状可发现，其中存在弊端不仅制约系统整体性能的提高，而且易产生过多的成本。对此，在系统结构设计上可选取B/S结构，其优势主要表现为：①客户端负载问题得以解决。如C/S结构下，数据处理功能、显示功能都需由客户端负责，承受的负载较大，特别当前客户端应用程序不断增加的背景下，客户端的有效运行更面临较多难题。此时将B/S结构引入其中，服务端会承担部分客户端的数据处理任务，许多数据访问或计算都可在服务端完成；②兼容性较高。该结构下主要以JSP为前端界面，将Java语言融入后可使服务器执行压力得以缓解；③灵活性较强。B/S结构下各层都以独立的形式存在，即使其中一层出现异常也不会对整个系统产生影响；④维护成本较低。由于该结构应用下需将浏览器安装于客户端中，服务器可完成相关的系统升级或维护工作，不会对客户端产生影响，有利于维护成本的控制。本文在系统框架设计中考虑在B/S结构应用的同时，使其与传统C/S结构以及web技术相结合，以此构建集数据库、服务器以及浏览器于一体的结构体系，将其称为B/S/S结构体系。

框架设计中还需做好开发语言以及数据库连接的充分考虑。其中在开发语言选择方面，现行较为常见的主要以PHP、JSP以及ASP为主。相比之下，为满足数据库系统优化需求，要求开发语言应以简洁高效、便于移植等特征为主，所以可将JSP作为系统开发语言。而从数据库连接角度，应用较为广泛的技术主要以JDBC为主，但需注意的是该技术应用时要求数据库使用后保持断开，一旦数据库连接过多将导致内存发生泄漏，甚至使服务器瘫痪。这就引入连接池技术，将JDBC访问技术下的弊端进行解决[6]。

3.2 数据库的进一步优化

为适应计算机体系结构要求，数据库系统优化中首先需考虑数据库设计问题。以SQLServer数据库优化为例，设计过程中主要需在解决逻辑库规范化弊端的基础上进行物理数据库的生成。其中逻辑库规范化弊端方面，可采取将重复属性、计算字段等融入数据库实体内。但应注意设计中往往易出现数据库历史记录保存问题，因历史记录使用频次较少，所以需分离历史数据与其他访问数据。而物理数据库生成方面，要求对计算机体系结构中的硬件资源、数据库访问格式进行判断，在此基础上利用数据行的设置使I/O操作得以减少，或直接对SQLSever利用同一物理设备存储图像或文本数据，可使系统性能得以提高。

其次，应做好调整硬件工作。调整中如在磁盘子系统方面，通常数据库系统中应用的磁盘驱动器极易出现超载问题，影响系统性能，对此可考虑增设磁盘驱动器，可保证I/O子系统性能问题得以解决。而在内存方面，通常提升数据库性能的方式主要以物理内存的增加为主，但这种方式涉及的成本较高，应考虑对数据库实际内存进行优化配置，如对其内存数值的调整等。

最后，做好SQL语句与查询计划的优化。在优化SQL语句中，主要要求避免SELECT*语句、DISTINCT的使用，二者都可能使数据库应用逻辑出现错误，同时对于其他非操作符聚以及ORDER BY等应正确使用。另外，在查询计划优化方面，需保证索引、主键、连接、临时表等能够正确使用。在SQL语句以及查询计划得以优化下，才可使数据库系统性能得到提升[7]。

3.3 连接池的优化

连接池在数据库中的应用主要使缓冲池中融入相关的物理连接，这样在数据库访问过程中用户可直接进行数据库连接的获取，且在连接使用结束后，可将其重新置于连接池中，无需执行关闭连接操作，这样数据库的访问效率将得到很大程度的提升。具体构建连接池过程中，可直接由服务器进行连接池的提供，或采取JDBC连接池。实际上，现行大多服务软件中多将连接池直接设置其中，仅需保证使用效果得以发挥并做好管理工作既可。另外，连接池在优化中还需考虑到参数设置问题，如其中最小或最大连接数，其设置不合理很可能造成系统资源被过多占用，访问效率也因此被降低，连接池整体性能因垃圾信息过多而受到影响。所以在参数的设定是连接池优化中需考虑的重要问题，常见的方式主要引入相应的测试工具，通过反复测试以使参数值更为合理[8]。

4 结论

数据库系统的优化设计是完善计算机体系结构的重要途径。实际优化设计过程中应正确认识计算机体系结构，分析计算机体系结构中不同数据库系统模式应用的优势与弊端，在此基础上提出Web数据库系统。对该系统实际优化过程中要求做到设计具体的系统框架，从数据库设计、调整硬件以及优化查询计划以及SQL语句，并注重连接池的构建，以此使数据库整体性能得以提高，发挥其在计算机体系结构中的重要作用。

【参考文献】

[1]马亚明.嵌入式空间数据库理论与技术研究[D].信息工程大学，2011.

[2]李尚勇.有色金属热力学数据库的计算模型与架构体系研究[D].昆明理工大学，2012.

[3]李志刚.空间信息技术在矿区可持续开发与管理中的应用研究[D].成都理工大学，2012.

[4]于永强.计算机数据库系统在信息管理中的应用研究[J].黑龙江科技信息，2011，03：82.

[5]殷越.计算机数据库系统在信息管理中的应用[J].信息与电脑（理论版），2011，03：89+91.

计算机系统结构范文第5篇

关键词:操作系统；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。

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、相对固定的层次。处在同一层次的各模块，其相对位置的概念可以不非常明确。处于不同层次的各模块，一般而言，不可以互相交换位置，只存在单向调用和单向依赖。unix/linux系统采用的就是这种体系结构。如图2:

在层次结构中，强调的是系统中各组成部分所处的位置，但是想要让系统正常运作，不得不协调两种关系，即依赖关系和调用关系。

依赖关系是指处于上层(或外层)的软件成分依赖下层软件的存在、依赖下层软件的运行而运行。例如，浏览器这部分软件就依赖gui的存在和运行，gui又依赖操作系统的存在和运行。在操作系统内部，外围部分依赖内核的存在而存在，依赖内核的运行而运行，内核又依赖hal而运行。处在同层之内的软件成分可以是相对独立的，相互之间一般不存在相互依赖关系。

三、虚拟机结构

虚拟机的基本思想是系统能提供两个功能:①多道程序处理能力;②提供一个比裸机有更方便扩展界面的计算机。操作系统是覆盖在硬件裸机上的一层软件，它通过系统调用向位于它之上的用户应用程序服务。从应用程序的角度看来，操作系统像是一台“计算书”，只不过它的功能比硬件裸机更强，它的指令系统是系统调用集而己。因此，从概念上来讲，操作系统是“虚拟机”。这是“虚拟机”概念的来源。利用cpu调度以及虚拟内存技术，操作系统可以给运行于系统中的进程以假象:好像进程拥有自己的cpu和存储器，如同系统中只有一个进程，系统所有资源都为它服务。从这个角度来讲，操作系统为每一个进程创建了一个使该进程独立运行于其中的“虚拟机”，在这个“虚拟机”中，进程拥有自己的“cpu”和“存储器”，同时进程还得到了硬件所无法提供的文件系统功能。虚拟机操作系统就是根据这一想法而产生的。

虚拟机操作系统不提供传统操作系统中的文件系统的功能。最初的虚拟机仅仅为进程提供一个访问底层的接口，它通过对硬件的复用提供给每一个进程以硬件的一个拷贝，因此能够直接的运行在硬件上的程序都可以直接运行在虚拟机之上。后来出现了另外三种体系结构的虚拟机:由机器虚拟指令映射构成的虚拟机。

虚拟机操作系统并没有提供一个供应用程序直接运行的现成环境，它仅仅是对硬件进行(分时)复用从而得到硬件的多个拷贝，应用程序不可以直接运行在硬件之上，因此它也无法运行在虚拟机操作系统之上。通常的情况是，普通的操作运行在虚拟机之上。而应用程序运行在各自的操作系统之上，由于虚拟机操作系统是通过(分时)复用硬件资源同时提供多台虚拟机，因此同时可以有多个不同的操作系统运行在同一物理硬件机器之上，因此可以有多个不同操作系统的应用程序可以同时运行在同一台物理硬件机器之上。

虽然虚拟机操作系统有着诱人的特性，但是最突出的一个问题是实现比较困难。如果要实现的是底层硬件的完全拷贝，也即它要模拟硬件几乎所有的特性，那将是相当困难的一件事情。因此现代许多商业虚拟机采用映射部分指令结合直接调用宿主操作系统功能的方法，但这样必然会导致虚拟机性能的损失，所以虚拟机操作系统在业界是属于非主流的，但是在学术界有着重要意义，因为它是研究操作系统技术的理想平台。

四、微内核结构

操作系统研究领域最近十几年突出的成就应该是微内核技术。微内核的研究动机是为克服已有的操作系统内核由于功能的增加而逐渐变大的缺点。图3所示:

微内核体系结构的基本思想是把操作系统中与硬件直接相关的部分抽取出来作为一个公共层，称之为硬件抽象层(hal)。这个硬件抽象层其实就是一种虚拟机，它向所有基于该层的其它层通过api接口提供一系列标准服务。在微内核中只保留了处理机调度、存储管理和消息通讯等少数几个组成部分，将传统操作系统内核中的一些组成部分放到内核之外来实现。如传统操作系统中的文件管理系统、进程管理、设备管理、虚拟内存和网络等内核功能都放在内核外作为一个独立的子系统来实现。因此，操作系统的大部分代码只要在一种统一的硬件体系结构上进行设计就可以了。

微内核体系结构的主要特点有:①内核非常小。②许多操作系统服务不属于内核，而是运行在内核之上的，这样，当高层模块更新时内核无须重新编译。③有一个硬件抽象层，内核能方便地移植到其它的硬件体系结构中。因为当需要移植到新的软件或硬件环境中时，只需对与硬件相关的部分稍加修改即可把微内核嵌入到新的硬件环境中，在多数情况下并不需要移植外部服务器或客户应用。④灵活性和扩展性.微内核最大的优点之一就是它的灵活性和扩展性。如果要实现另一个视图，可以增加一个外部服务器。若要想扩展功能，可以增加和扩展内部服务器。

微内核思想虽然是一种非常理想的，理论上具有明显先进性的操作系统设计思想，但是现代微内核结构操作系统还存在着许多问题，现代微内核操作系统结构和性能还不够理想。在市场和应用领域，微内核的应用在近几年逐渐广泛，很多过程控制计算机不以通用计算机的面貌出现，只是完成特定的专用功能，常常采用微内核结构。

五、分析、评价

以上介绍的模块组合结构、层次结构、虚拟机结构和微内核结构四种典型的操作系统体系结构主要是通用机上采用的体系结构，如模块组合结构是早期ms-dos系统采用的结构，层次结构是unix、linux和windows9x系统采用的结构，这些系统的功能相对完善，处理能力很强，但是这些系统内核都比较大，对于嵌入式系统里硬件系统多元化以及小存储空间的问题，这些通用的操作系统不可能直接移植到嵌入式产品上进行使用。因此研究更加合理嵌入式操作系统体系结构将有利于提高嵌入式系统的开发效率，降低开发成本，提高系统的可复用性。

参考文献

[1]顾明，赵曦滨，郭险等.现代操作系统的思考.电子学报，2002，12(12a)