计算机系统结构基础：冯诺依曼体系、并行性与性能评测

本文件主要介绍了计算机系统结构的基本概念，包括计算机系统的层次结构、虚拟机的工作原理、冯氏分类法、Flynn分类法、Amdahl定律等核心知识点，以及并行性、软件兼容性和计算机性能评测等多个方面。 计算机系统的层次结构是从硬件底层到应用软件高层的一个逐层抽象的过程，包括微程序机器级、机器语言、操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、高级语言虚拟机直至应用语言虚拟机。这种层次结构使得软件开发可以在不同的抽象级别上进行，提高了开发效率和系统的可移植性。 翻译和解释是两种不同的程序执行方式。翻译是将高级语言程序转换为机器语言程序后再执行，而解释则是逐条解释高级语言指令并立即执行，不产生机器语言程序。 计算机系统结构定义了机器语言程序员看到的属性，如指令集、数据表示等；计算机组成是系统结构的逻辑实现，关注如何通过逻辑门和电路实现这些属性；计算机实现则涉及具体的物理元件和工艺，是组成的具体化。例如，设计中决定是否包含乘法指令属于系统结构，如何设计乘法器逻辑属于组成，而实际制造乘法器电路则属于实现。 Flynn分类法根据指令流和数据流的独立性，将计算机系统分为SISD（单指令流单数据流）、SIMD（单指令流多数据流）、MISD（多指令流单数据流）和MIMD（多指令流多数据流）四类。 程序局部性原理指出，程序执行时往往呈现出时间和空间上的局部性，即最近使用的数据或指令很可能在不久的将来再次被使用，这为缓存技术提供了理论基础。 Amdahl定律描述了在系统中优化某个部分所能带来的性能提升上限，受到该部分在整个系统执行时间占比的限制。 系列机指的是同一系列、具有相同体系结构但配置和实现可能不同的计算机，它们通常由同一个制造商生产，以满足不同用户需求。 软件兼容性是指软件能够在不同环境或系统上运行的能力。它可以分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容，其中向上兼容是软件的基础特性，即新版本软件能运行在旧版本硬件或操作系统上。 以上内容涵盖了计算机系统结构的基础知识，对于理解计算机工作原理、系统优化和软件开发有重要意义。