计算机系统结构复习重点：多级层次与虚拟机器解析

"自考-计算机系统结构-复习资料大全.doc" 计算机系统结构是计算机科学的基础概念，它定义了计算机硬件和软件之间的接口，是程序员、编译器设计者以及计算机使用者所看到的机器特性。本复习资料涵盖了计算机系统结构的核心知识点，包括多级层次结构、翻译与解释、实际机器与虚拟机器的概念，以及计算机系统结构的属性和组成设计。 1. 计算机系统的多级层次结构： 计算机系统通常被分为多个级别，从最底层的微程序（M0）机器到高层的应用语言（M5）机器。每一级都建立在下一级的基础上，提供了更高级别的抽象。M0是硬件基础，而M1则通过微指令进行操作。M2至M5主要是通过软件实现的虚拟机器，支持操作系统、汇编语言、高级语言以及应用软件的运行。 2. 翻译与解释： 翻译（Translation）是指将高级语言程序转换为低级语言等效程序的过程，如编译器的工作。解释（Interpretation）则是逐条执行高级语言指令，无需预先生成目标代码，如解释型语言的执行方式。 3. 实际机器与虚拟机器： 实际机器（如M0和M1）由硬件或固件实现，而虚拟机器（M2-M5）主要是软件实现，它们提供了不同的执行环境，允许不同级别的语言和应用在特定的计算机结构上运行。 4. 透明性： 透明性意味着某些系统特性或过程在特定视角下不可见，比如用户可能不会意识到操作系统在后台进行的复杂管理操作。 5. 计算机系统结构的定义： 计算机系统结构定义了用户可见的特性，包括硬件和软件的接口，如数据表示、寻址方式、指令集、存储组织、中断机制、系统状态管理、输入输出结构以及信息保护机制等。它不涉及具体的逻辑设计和器件实现，这是计算机组成设计的范畴。 6. 计算机系统结构的属性： 这些属性决定了机器的行为，如数据如何表示（二进制、浮点、字符编码等）、如何访问内存（直接寻址、间接寻址等）、寄存器的组织、指令集的复杂性和多样性、存储系统的层次结构、中断处理的方式、操作系统的管理模式（用户态和管态）以及I/O设备的接口等。 7. 计算机组成的定义： 计算机组成关注于系统结构的逻辑实现，包括数据通路的设计、专用部件的设立、操作的并行性和重叠性、功能的分布式设计等，以优化性能和效率。 8. 计算机组成设计的内容： 这包括确定数据通路的宽度以处理更多信息，设置专用部件以加速特定操作，以及考虑如何设计和安排硬件以适应不同操作系统的需要。 理解这些概念对于深入学习计算机科学，尤其是系统编程、编译原理和计算机硬件设计至关重要。掌握这些知识点将有助于自考学生准备计算机系统结构的考试，并在未来的工作中有效设计和优化计算机系统。