储存层次结构对程序员的意义

A. 深入理解计算机系统 读后感

[深入理解计算机系统 读后感]
从程序员的视角，看计算机系统！
本书适用于那些想要写出更快、更可靠程序的程序员，深入理解计算机系统 读后感。通过掌握程序是如何映射到系统上，以及程序是如何执行的，读者能够更好的理解程序的行为为什么是这样的，以及效率低下是如何造成的。粗略来看，计算机系统包括处理器和存储器硬件、编译器、操作系统和网络互连环境。而通过程序员的视角，读者可以清晰地明白学习计算机系统的内部工作原理会对他们今后作为计算机科学研究者和工程师的工作有进一步的帮助。它还有助于为进一步学习计算机体系结构、操作系统、编译器和网络互连做好准备。

本书的主要论题包括：数据表示、C程序的机器级表示、处理器结构，程序优化、存储器层次结构、链接、异常控制流、虚拟存储器和存储器管理、系统级I/O、网络编程和并发编程。书中所覆盖的内容主要是这些方面是如何影响应用和系统程序员的。例如，在讲述数据表示时，本书说明了用来表示数字的表示方法是有限的，它能够近似地表示整数和实数，但是这种表示方法是有限制的，程序员必须了解。在讲述高速缓存时，本书讨论了矩阵代码中的循环变量的顺序是如何影响程序的性能的。在讨论网络互连时，本书描述了并发服务器如何能有效地处理来自多个客户端的请求。

本书基于Intel兼容（IA32）机器，在Unix或者相关的操作系统（例如，Linux）上执行C程序。虽然书中包括了一些帮助读者将Java转化成C的提示，但是还是要求读者对C或者C++有一定的了解。

您可以通过本书的Web网站www.csapp.cs.cmu.e获得完整的资料，包括实验和作业，授课笔记和代码示例，读后感《深入理解计算机系统 读后感》。
本书英文版久负盛名，被众多专业人士称为“最伟大的计算机教材”之一，着名的美国卡内基梅隆大学计算机科学系一直将本书作为教材使用，程序员眼中的透彻讲述计算机系统的扛鼎之作。作者Randal
E.
Bryant是卡耐基梅隆大学的计算机科学系主任，ACM和IEEE双院士（Fellow），其研究成果多次获得ACM和IEEE颁发的大奖。

本书共分十三章，分别介绍了信息的表示和处理、程序的机器级表示、处理器体系结构、存储器层次结构、静态和动态链接、虚拟存储器、系统级I/O、网络编程和并发编程等精彩内容。其目的是解释计算机系统的所有本质概念，并向读者展示这些概念是如何实际地影响应用程序的正确性、性能和实用性。与其他主要针对系统构造人员的系统类书籍不同，这本书是写给程序员的，是从程序员的角度来描述的。本书为软件和硬件之间搭起了一个桥梁，它给出了一种帮助读者分别从硬件和软件的角度去理解一个程序及其行为的途径，这也填补了国内计算机系统教学中的一个空白。本书的最大优点是帮助读者理解概念，让读者很清楚地在脑海中构造一个层次型的计算机系统，从最低层数据在内存中的表示（如我们一直陌生的浮点数表示），到流水线指令的构成，到虚拟存储器，到编译系统，到动态加载库，到最后的用户应用。

本书提供了大量的例子和练习及部分答案。尤其值得一提的是，对于每一个基本概念都有相应的笔头或程序试验，加深读者的理解。
〔深入理解计算机系统 读后感〕随文赠言：【这世上的一切都借希望而完成，农夫不会剥下一粒玉米，如果他不曾希望它长成种粒；单身汉不会娶妻，如果他不曾希望有孩子；商人也不会去工作，如果他不曾希望因此而有收益。】

B. 层次模型、网络模型和关系模型的区别是什么

区别一：组成不同

1、层次模型将数据组织成一对多关系的结构，层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分。

2、网状模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式。

3、关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。

区别二：模型优点不同

1、层次模型优点：数据结构比较简单清晰，数据库的查询效率高，提供了良好的完整性支持。

2、网状模型优点：能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲，结点直接可以有多种联系；具有良好的性能，存取效率较高。

3、关系模型优点：建立在严格的数学概念的基础上；概念单一，无论实体还是实体之间的联系都是用关系来表示。对数据的检索和更新结构也是关系；它的存取路径对用户透明，从而具有更高的独立性、更好的安全保密性，简化了程序员的工作个数据库开发建立的工作。

区别三：模型缺点不同

1、层次模型缺点：现实世界中很多联系是非层次性的，它不适用于结点之间具有多对多联系；查询子女结点必须通过双亲结点；由于结构严密，层次命令趋于程序化。

2、网状模型缺点：结构比较复杂，随应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握；网状模型的DDL、DML复杂，并且要嵌入某一种高级语言（C、COBOL）中，用户不容易掌握和使用。

3、关系模型缺点：存取路径的隐蔽导致查询效率不如格式化数据模型。

C. 结构化编程要求什么

结构化编程是一种编程方法，旨在将复杂问题分解成更小、更易管理的部分，通过逻辑和有序的方式解决这些部分。这种方法强调将程序功能划分为独立的模块或函数，每个模块或函数负责特定任务。通过这种模块化，代码更加清晰，易于理解和维护。

结构化编程还要求遵循层次化的组织原则。在这种原则下，模块被组织成一种树状结构，上层模块调用下层模块，形成清晰的层次关系。这种层次结构有助于程序的逻辑性和组织性，使得程序员能够更容易地理解程序的整体架构。

控制结构是结构化编程中的另一个关键要素。使用如if-else、for、while等结构化控制语句来管理程序流程，确保程序按照预期的方式执行。这些控制语句使得程序逻辑更加清晰，易于调试和维护。

数据结构在结构化编程中也扮演着重要角色。通过使用适当的数据结构来组织和存储数据，可以确保数据的完整性和一致性。合理的数据结构设计有助于提高程序性能，同时简化数据的管理和访问。

总的来说，结构化编程通过模块化、层次化、控制结构和数据结构等原则，提升了程序的可读性、可维护性和可扩展性。这不仅使得程序员能够更轻松地理解和修改代码，还为后续的程序开发和维护奠定了坚实的基础。

D. 关系数据库的四个层次结构是什么

1．层次模型

层次模型是数据库系统中最早使用的模型，它的数据结构类似一颗倒置的树，每个节点表示一个记录类型，记录之间的联系是一对多的联系，基本特征是：

* 一定有一个，并且只有一个位于树根的节点，称为根节点；
* 一个节点下面可以没有节点，即向下没有分支，那么该节点称为叶节点；
* 一个节点可以有一个或多个节点，前者称为父节点，后者称为子节点；
* 同一父节点的子节点称为兄弟节点。
* 除根节点外，其他任何节点有且只有一个父节点；

图11.7是一个层次模型的例子。

层次模型中，每个记录类型可以包含多个字段，不同记录类型之间、同一记录类型的不同字段之间不能同名。如果要存取某一类型的记录，就要从根节点开始，按照树的层次逐层向下查找，查找路径就是存取路径。如图11.8所示。

层次模型结构简单，容易实现，对于某些特定的应用系统效率很高，但如果需要动态访问数据（如增加或修改记录类型）时，效率并不高。另外，对于一些非层次性结构（如多对多联系），层次模型表达起来比较繁琐和不直观。
2．网状模型

网状模型可以看作是层次模型的一种扩展。它采用网状结构表示实体及其之间的联系。网状结构的每一个节点代表一个记录类型，记录类型可包含若干字段，联系用链接指针表示，去掉了层次模型的限制。网状模型的特征是：

1. 允许一个以上的节点没有父节点；
2. 一个节点可以有多于一个的父节点；

例如，图11.9（a）和图11.9（b）都是网状模型的例子。图11.9（a）中节点3有两个父节点，即节点1和节点2；图11.9（b）中节点4有三个父节点，即节点1，节点2和节点3。

由于网状模型比较复杂，一般实际的网状数据库管理系统对网状都有一些具体的限制。在使用网状数据库时有时候需要一些转换。例如，如图11.10所示。

网状模型与层次模型相比，提供了更大的灵活性，能更直接地描述现实世界，性能和效率也比较好。网状模型的缺点是结构复杂，用户不易掌握，记录类型联系变动后涉及链接指针的调整，扩充和维护都比较复杂。
3．关系模型

关系模型是目前应用最多、也最为重要的一种数据模型。关系模型建立在严格的数学概念基础上，采用二维表格结构来表示实体和实体之间的联系。二维表由行和列组成。下面以教师信息表和课程表为例，说明关系模型中的一些常用术语：
表11.1 教师信息表（表名为：tea_info）
TNO(教师编号)

NAME(姓名)

GENDER(性别)

TITLE(职称)

DEPT(系别)

805

李奇

女

讲师

基础部

856

薛智永

男

教授

信息学院

表11.2 课程表（表名为：cur_info）
CNO(课程编号)

DESCP(课程名称)

PERIOD(学时)

TNO(主讲老师编号)

005067

微机基础

40

805

005132

数据结构

64

856

1. 关系（或表）：一个关系就是一个表，如上面的教师信息表和课程表。
2. 元组：表中的一行为一个元组（不包括表头）。
3. 属性：表中的一列为一个属性。
4. 主码（或关键字）：可以唯一确定一个元组和其他元组不同的属性组。
5. 域：属性的取值范围。
6. 分量：元组中的一个属性值。
7. 关系模式：对关系的描述，一般表示为：关系名（属性1，属性2，... ...，属性n）。

关系模型中没有层次模型中的链接指针，记录之间的联系是通过不同关系中的同名属性来实现的。 关系模型的基本特征是：

1. 建立在关系数据理论之上，有可靠的数据基础；
2. 可以描述一对一，一对多和多对多的联系。
3. 表示的一致性。实体本身和实体间联系都使用关系描述。
4. 关系的每个分量的不可分性，也就是不允许表中表。

关系模型概念清晰，结构简单，实体、实体联系和查询结果都采用关系表示，用户比较容易理解。另外，关系模型的存取路径对用户是透明的，程序员不用关心具体的存取过程，减轻了程序员的工作负担，具有较好的数据独立性和安全保密性。
关系模型也有一些缺点，在某些实际应用中，关系模型的查询效率有时不如层次和网状模型。为了提高查询的效率，有时需要对查询进行一些特别的优化