"计算机系统结构的答案,张晨曦版,由清华大学出版社出版,涵盖了计算机系统结构的基本概念,如层次机构、虚拟机、翻译与解释、系统加速比等,并讨论了Amdahl定律、程序的局部性原理、CPI等关键概念,以及测试程序套件、存储程序计算机、系列机和软件兼容性的概念。"
计算机系统结构是研究计算机硬件和软件之间接口的学科,主要关注计算机的概念性结构与功能特性。张晨曦版的教材详细阐述了这一领域的核心概念。首先,层次机构是计算机系统的一种组织方式,它将计算机的不同层面划分为多个级别,每个级别对应不同的语言特征,从底层的微程序机器级到高层的应用语言机器级。
虚拟机是一个通过软件模拟的计算机,它能执行与实际硬件相同的指令集,提供了一种在不同平台上运行软件的方式。翻译和解释是两种不同的执行程序的方法,翻译是将高级语言转换为低级语言后再执行,而解释则是逐行将高级语言指令转化为低级代码并立即执行。
计算机系统结构不仅包括程序员可见的特性,还涉及透明性,即某些系统属性虽然存在,但在特定视角下可能不可见。计算机组成则关注逻辑实现,如数据流和控制流的组成,以及逻辑设计。而计算机实现则深入到物理层面,如处理机、主存的物理构造和性能指标。
系统加速比是评估优化效果的重要指标,Amdahl定律指出,即使对系统的一部分进行了改进,整体性能的提升也受限于该部分在系统中的占比。程序的局部性原理揭示了程序执行时内存访问的模式,通常表现为时间和空间上的集中性,这对于缓存设计有重要指导意义。
CPI(每条指令执行的平均时钟周期数)是衡量处理器效率的指标之一。测试程序套件用于全面评估计算机性能,而存储程序计算机,即冯·诺依曼结构的计算机,强调程序和数据存储在内存中,按照预设顺序执行。
系列机是指同一制造商生产的具有相同系统结构但不同配置的计算机。软件兼容性意味着程序可以在不同计算机之间轻松迁移,而向上或向下、向前或向后的兼容性则是指程序在不同性能等级或年代的计算机上运行的能力。这些概念构成了计算机系统设计和兼容性策略的基础。