掌握计算机系统结构：第一课详解与分类

计算机系统结构的第一章概述了计算机系统的基本构成和工作原理，强调了计算机系统的透明性概念。透明性是指用户在编程时不必关心底层硬件实现的细节，只需要关注抽象的层次结构和可用的软件接口。这种特性使得程序员可以专注于上层逻辑，而让计算机处理底层的复杂性。 章节首先介绍了计算机系统的层次结构，将系统划分为硬件、固件和软件三个层次，其中硬件是基础，固件则是介于硬件和软件之间的可编程硬件。软件则包括操作系统和各种应用程序，它们通过不同的语言实现，从机器语言逐步进化到高级语言，如C、Java等，高级语言的功能更强大，但底层都依赖于低级语言来实现。 翻译和解释是不同层次语言之间相互转换的方法。翻译是在高级语言上执行程序时，先将其转换为低级语言的等效代码，然后在低级机器上运行。解释则是逐条解析并执行高级语言指令，每次执行后返回并继续解释下一条指令。虽然解释执行可能消耗更多时间，但对内存的需求相对较小。 接下来，讨论了三种常见的计算机系统结构分类方法： 1. Flynn分类法：根据指令流（执行指令的顺序）和数据流（指令操作的数据）的多路复用程度，将计算机分为单指令流单数据流(SISD)、单指令流多数据流(SIMD)、多指令流单数据流(MISD)和多指令流多数据流(MIMD)。例如，SIMD系统可以在一个时刻处理多个数据，提高了并行计算能力。 2. 冯·诺依曼分类法：这是另一种传统的分类方式，基于存储器访问的类型，将系统分为冯·诺依曼体系结构（存储程序控制，数据存储在同一内存中）和哈佛体系结构（分开的指令和数据存储器）。 3. Handler分类法：关注的是处理器的不同组成部分，如CPU、存储器、I/O设备等的连接方式和通信机制。 这些分类方法帮助我们理解和设计不同类型的计算机系统，以适应特定的应用场景和性能需求。计算机系统结构的实质在于明确软硬件之间的界限，确保软件的可移植性和硬件的高效利用。 第一章内容涵盖了计算机系统的基础构成、语言层次、执行方式以及各种分类方法，这些都是理解和设计现代计算机系统的关键要素。