王志英版计算机体系结构课后答案详解：层次结构、虚拟机与透明性

计算机体系结构是信息技术的核心基础，它探讨了计算机系统如何组织和运作，以及程序员如何与其交互。本书《计算机体系结构第2版》（王志英版）深入剖析了计算机系统的两个主要方面：概念性结构和逻辑实现。 首先，章节1.1阐述了计算机系统结构的层次性，从低级到高级的层次依次为：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。层次结构的存在使得编程变得更加抽象，通过虚拟机这一概念，软件层面的语言可以被翻译成更低级别的机器语言执行，实现了不同语言间的无缝对接，体现了系统的透明性。 虚拟机是一种软件模拟的机器架构，它使开发者可以在一种抽象的环境中编写代码，而无需考虑底层硬件细节。通过翻译技术，程序在不同层次间来回转换，实现了跨层次的程序执行。 计算机组成关注的是逻辑层面的具体实现，包括数据流和控制流的设计，这涉及到处理器、内存、I/O设备以及它们之间的交互方式。物理实现则涉及硬件组件的物理布局、器件集成度、信号传输和系统组装技术等，这些都是确保系统性能和效率的关键因素。 系统加速比衡量了对系统某部分改进后性能提升的程度，而Amdahl定律揭示了在系统优化中，即使对单个瓶颈部件进行升级，整体性能的提升也会受到该部件执行时间占比的限制，强调了整体优化的重要性。 程序的局部性原理是计算机性能优化的重要依据，它指出程序访问数据时存在时间和空间的局部性，即访问的数据倾向于集中在一定范围内，这有助于缓存和预取策略优化，提高数据访问效率。 CPI（每条指令执行的平均时钟周期数）是衡量处理器执行效率的重要指标，它直接影响计算机的运行速度。 测试程序套件是一组用于评估计算机各方面性能的真实应用程序，包括处理器速度、内存效率、I/O处理能力等。存储程序计算机，如冯·诺依曼结构，以其指令驱动和存储程序为核心，强调程序预先加载和按预定顺序执行。 系列机指的是同一制造商生产的一系列具有相同体系结构但具体配置和实现各异的计算机，这允许针对不同应用场景进行定制。 软件兼容性是衡量计算机之间互操作性的关键，包括向下兼容（旧软件能在新硬件上运行）、向上兼容（新软件能在旧硬件上运行）、前后兼容（旧版本软件能在更新版本硬件上运行），这在软件更新和平台迁移中至关重要。 《计算机体系结构第2版》提供了深入理解计算机内部运作机制、设计原则和优化策略的宝贵资源，对IT专业人士和系统架构师来说是不可或缺的学习材料。