计算机体系结构课后习题解析：概念与虚拟机

"该资源是关于计算机体系结构的课后习题部分答案，涉及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、计算机系统结构与组成、计算机实现、系统加速比、Amdahl定律、程序的局部性原理、CPI指标、测试程序套件、存储程序计算机的概念，以及系列机、软件兼容性和兼容性的方向等核心概念。" 在计算机体系结构中，层次机构是一个关键概念，它将计算机系统按照功能划分为多个级别，每个级别对应不同的语言特征，如微程序机器级、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。这种分层设计使得复杂的问题能够逐步简化，便于理解和实现。 虚拟机是一种软件模拟的计算机，它可以执行特定的指令集，提供与实际硬件相似的功能。翻译和解释是两种程序执行方式，翻译是先将高级语言转换为低级语言然后执行，而解释则是逐行解释并执行高级语言代码。 计算机系统结构是程序员所看到的计算机的逻辑特性，它包括概念性结构和功能特性。透明性是指某些系统属性虽然存在，但在特定视角下可能不易察觉。计算机组成是指系统结构的逻辑实现，涉及数据流和控制流的组成及逻辑设计。而计算机实现则更侧重于物理层面，如处理机、主存等硬件组件的设计和制造。 系统加速比衡量的是改进某部分后系统性能提升的倍数，Amdahl定律则阐述了当改进系统中某个部件时，性能提升受到该部件在总执行时间占比的限制。程序的局部性原理指出程序执行倾向于集中在时间和空间上的邻近区域，这对优化内存访问和缓存设计有重要意义。 CPI（每条指令执行的平均时钟周期数）是衡量处理器效率的一个指标。测试程序套件用于全面评估计算机性能，通常包含多种实际应用。存储程序计算机，即冯·诺依曼结构的计算机，程序和数据都存储在内存中，按指令顺序执行。 系列机是一系列具有相同系统结构但不同配置和性能的计算机，而软件兼容性则指软件在不同计算机之间无需或仅需少量修改即可运行的能力。向上/向下兼容性指的是程序可以在性能更高/更低的计算机上运行，而向后/向前兼容性意味着旧程序可以在新/旧系统上继续运行。这些概念在计算机硬件和软件的发展中具有重要地位。