计算机系统结构简答题详解：翻译与解释、多级机器结构等

"这篇文档是关于计算机系统结构的简答题总结，主要涵盖了计算机翻译与解释的差异、计算机系统多层次结构的原因、硬件与软件实现的优缺点、通用机的系统结构属性、计算机设计思路以及相关的问题，还有统一高级语言、中间开始设计方法的应用和挑战，并涉及了并行计算、分布式系统、指令集设计等多个知识点。" 计算机系统结构是计算机科学的基础，它研究如何组织和设计计算机硬件和软件组件以实现高效运行。以下是其中几个关键知识点的详细解释： 1. **翻译与解释的区别与联系**： - 翻译（编译）：将高级语言源代码一次性转换为机器语言，形成可执行文件，通常用于大型程序，效率较高。 - 解释：逐行将高级语言转化为机器指令执行，不生成可执行文件，适合小型脚本或交互式环境。 - 联系：两者都是将高级语言程序在低级机器上执行所必需的步骤，目标都是实现程序功能。 2. **多级机器构成的层次结构**： - 这种结构允许通过抽象层隐藏底层复杂性，使得软件开发和系统升级更为灵活。 3. **硬件与软件实现的优缺点**： - 硬件实现速度快，但成本高，适应性和灵活性较差。 - 软件实现成本低，适应性强，但执行速度慢，可能导致额外的存储开销。 4. **通用机的系统结构属性**： - 包括数据表示、寻址方式、指令集、存储结构、中断系统、状态定义与转换、I/O结构、保护机制等，这些决定了计算机的基本功能和性能。 5. **由上往下和由下往上的设计思路**： - 由上往下强调应用需求，适合专业机设计；由下往上则根据现有硬件构建，适用于早期通用机。 - 两种方法都可能导致软硬件脱节，需综合考虑。 6. **统一高级语言**： - 目的是提高软件移植性，但面临不同语言结构、用户习惯等问题，可通过制定标准和系列机策略来缓解。 7. **中间开始的设计思想**： - 结合应用需求和现有硬件，平衡软硬件设计，有利于并行设计，缩短开发周期。 8. **并行计算和分布式系统**： - MPP（大规模并行处理）系统利用多个处理器共享内存进行并行计算，提高性能。 - 分布式系统则通过网络连接的独立计算节点协同工作，解决更大规模的问题。 9. **指令集设计**： - 指令集架构对性能、功耗和软件兼容性有很大影响，需要精心设计。 10. **操作系统设计**： - 操作系统是管理和控制硬件资源的关键，其设计直接影响系统的效率和可靠性。 11. **软件移植和兼容性**： - 软件移植困难在于不同平台的差异，需要良好的接口和标准化。 12. **性能优化**： - 可通过硬件加速、多核利用等方式提升系统性能。 13. **微体系结构**： - 微体系结构是实现计算机体系结构的具体技术，包括流水线、超标量、动态调度等。 14. **并发与同步**： - 并发处理多个任务，同步确保数据一致性，是现代计算机系统中的重要概念。 15. **错误检测和恢复**： - 容错设计能增强系统的稳定性和可靠性。 16. **指令调度**： - 指令调度优化可以提高处理器效率，但需权衡延迟和吞吐量。 17. **指令集扩展**： - 扩展指令集可以增强特定应用领域的性能。 18. **时间片轮转调度**： - 在多任务环境中，时间片轮转用于公平分配处理器时间。 19. **CAD和图形计算**： - 计算机辅助设计需要高效的图形处理能力，往往需要专门的硬件支持。 这些知识点构成了理解计算机系统结构的基础，对于学习计算机科学和工程的学生以及从事系统设计的专业人士至关重要。