计算机系统结构透明性解析

"这篇资料主要讨论了计算机系统结构中的一些关键概念，如透明性和不同层次的属性，并列举了一些对程序员可见或不可见的系统组件。此外，还提到了数据表示和数据结构的关系以及它们在系统设计中的基本原则。" 在计算机系统结构中，透明性是一个重要的设计理念，它意味着某些特性或操作对于用户或者特定层次的程序员来说是不可见或无需关心的。例如，存储器的模m交叉存取、数据总线宽度、阵列运算部件、通道类型、PDP-11系列的单总线结构、串行/重叠/流水控制方式以及Cache存储器对于系统运行是透明的，意味着程序员在编写代码时不必考虑这些细节。相反，浮点数据表示、I/O系统的实现方式、访问保护、程序中断和堆栈指令等则是不透明的，因为它们直接影响到程序的行为和性能。 计算机系统结构的属性可以分为几个层次：设计属性、组成属性和实现属性。设计属性包括数据表示、寻址方式、指令系统等，它们决定了机器的基本操作和行为模式。组成属性涉及数据通路宽度、专用部件和并行度，而实现属性则关注具体硬件的物理结构和技术。透明性在这三个层次中都起着作用，影响着系统的设计和优化。 从机器语言程序员的角度来看，指令缓冲器、时标发生器、乘法器、主存地址寄存器、移位器等通常是透明的，因为它们是操作系统和硬件之间交互的内部机制。而对系统程序员透明的通常涉及到更高级别的系统管理，如虚拟存储器、Cache存储器和程序状态字。应用程序员通常只关心数据通路宽度、I/O指令和指令执行等与程序直接相关的内容。 数据表示和数据结构之间有着紧密的联系。数据表示是指硬件可以直接处理的数据类型，如整数、浮点数、字符等，而数据结构则是数据元素之间的逻辑组织形式，如数组、链表、树等。引入数据表示的基本原则是确保数据的有效存储和快速处理，同时满足各种计算需求。数据结构通常需要通过软件进行抽象和映射，以便适应不同类型的计算任务。 计算机系统结构的设计不仅关乎硬件的物理实现，还涉及到如何提供对程序员友好的接口和机制，使得软件开发更为高效和便捷。透明性的概念是这一设计哲学的重要体现，它在多个层面影响着计算机系统的性能和使用体验。