计算机系统结构详解：李学干习题答案解析及优势分析

计算机系统结构是信息技术领域的核心概念，它涉及到计算机硬件和软件之间的交互方式以及它们如何协作以执行计算任务。李学干编写的计算机系统结构习题答案提供了深入理解该主题的关键知识点。以下是章节1中的一些重点问题和解答： 1. 计算机系统的四级结构: 解释型计算机分为4级，每一级执行一条指令需要下一级的多条指令来解释。第1级（最低级）执行一条指令需要K纳秒，那么第2、3、4级分别需要KNs、KN^2ns和KN^3ns时间，这是因为高级指令需要逐级解析和执行。 2. 操作系统与微程序设计: 操作系统利用微程序来直接实现某些机器级指令，这可以提高命令解释速度，减少空间占用，并简化设计。同时，减少传统机器指令的数量有助于提升整体效率。 3. 硬件与软件的等效性和不等效性: 在逻辑层面上，硬件和软件可以实现相同的功能，但在物理层面，它们的实现方式、速度和成本不同。例如，浮点运算的硬件加速显著提升了性能。 4. 系统程序员与应用程序员的视角: 对于系统程序员和应用程序员而言，数据通路宽度、Cache存储器和指令缓冲器是透明的，因为它们是硬件基础部分。虚拟存储器、程序状态字和"启动I/O"指令对应用程序员来说是透明的，因为它们是由系统处理的。而"执行"指令则是两者都不透明的，因为它涉及具体的指令执行过程。 5. Cache的加速效果: 如果Cache的工作速度是存储器的5倍，命中率为90%，根据Amdahl定律，加速比可以通过计算(1 - Fe) + Fe/Se来得出，其中Fe是未被Cache加速的部分，Se是Cache的加速因子。具体数值需要代入公式计算。 通过这些习题，学习者能够理解计算机系统内部的工作原理，掌握硬件与软件协作、优化性能以及编程人员视角的区别，从而加深对计算机系统结构的理解。