解析计算机系统结构：层次模型、虚拟化与透明性详解

计算机系统结构是一门重要的课程，涵盖了高等教育出版社出版的教材《计算机系统结构》（作者：张晨曦、王志英等）的核心内容。本课程围绕计算机体系的多层次结构展开，强调理解从底层硬件到高层软件的交互作用。 1. **层次结构**： - 计算机系统被划分为多个层次，从低到高分别是：微程序机器级、传统机器语言机器级、汇编语言机器级、高级语言机器级和应用语言机器级。这些层次之间的关系是逐级抽象，每层都使用不同级别的语言来表达，体现了系统的透明性。 2. **虚拟机**： 虚拟机是一种软件模拟的机器，它通过翻译机制将高一级的程序转换为低级机器可执行的形式，实现了不同语言间的跨级执行。这个过程确保了程序的通用性和可移植性。 3. **计算机系统结构**： - 是程序员观察到的计算机概念性和功能特性，它提供了一个抽象的视角，使得复杂硬件不易察觉，体现了系统的透明性。 4. **计算机组成与实现**： - 包括数据流和控制流的设计，物理机器组件如处理器、内存等的构造，以及电路集成、模块化设计等技术细节。 5. **系统加速比**： - 描述了对系统某一组件优化后整体性能提升的倍数，强调了局部改进对全局性能的影响。 6. **Amdahl定律**： - 这一定律指出，即便对系统的一部分进行优化，如果这部分时间占比有限，整个系统的性能提升也将受到限制。 7. **程序局部性原理**： - 时间局部性和空间局部性是程序执行中地址访问模式的特点，即数据倾向于连续访问，而非随机分布。 8. **CPI**（Clock Cycles per Instruction）： - 指平均每条指令执行所需的平均时钟周期数，衡量处理器效率的重要指标。 9. **测试程序套件**： - 用于评估计算机在各种性能方面的工具，由不同应用程序组成，可以全面测试机器的功能。 10. **存储程序计算机（冯·诺依曼结构）**： - 以指令驱动为核心，程序预先存储在内存中，计算机按程序顺序执行，具有自动执行功能。 11. **系列机**： - 同一制造商生产的一系列相似结构但配置各异的计算机，体现标准化和兼容性的特点。 12. **软件兼容性**： - 软件可以在不同计算机平台上运行，只需适当地适应硬件差异，包括向上兼容和向下兼容的概念。 学习《计算机系统结构》课程涉及理解计算机架构的细节、软件与硬件的交互、性能优化原则和兼容性策略等多个方面，这对于深入理解现代信息技术体系至关重要。