计算机系统结构：理解基础与层次划分

计算机系统结构的第一章主要介绍了计算机系统的基础概念，包括其设计技术、性能评价以及发展历程。学习这一章的目标是让学生理解计算机系统的多级层次结构，掌握系统构成、透明性分析、设计原理和性能计算方法，熟悉不同的计算机分类，特别是Flynn分类，同时关注软件在系统结构发展中的影响。 首先，计算机被定义为一种能够自动执行算术和逻辑运算的工具，其功能已经从最初的数值计算扩展到信息处理、知识推理等多个领域。随着技术的进步，计算机的概念也在不断发展，被视为一个工具，不仅限于硬件层面，还涉及软件的不同层次。 计算机系统的基本概念包括机器（执行算法和数据结构的实体）和计算机语言（控制流程的符号集合）。计算机系统被视为多级层次结构，从低级的机器语言（L1，如微程序语言）到高级的应用语言（L5），每一层都有特定的功能和用途。低级语言虽然执行效率高，但使用不便；高级语言则提供更强大的抽象功能，使用起来更为直观。 多级层次结构的典型示例包括：M0微程序机器、M1传统机器、M2操作系统机器、M3汇编语言机器、M4高级语言机器和M5应用语言机器。这个结构强调了从底层硬件到高层软件的逐层抽象，每个层次之间的接口（如解释器、编译器）提供了不同级别的透明性，使得程序员可以专注于更高层次的逻辑而不必关心底层实现细节。 从设计者的角度看，计算机系统涉及多个层次的开发者，包括应用程序用户、高级语言程序员、汇编语言程序员、操作系统级操作员以及机器语言开发者。他们分别负责不同级别的软件开发和维护，共同构建和优化整个计算机系统的性能。 此外，本章还将讨论如何评估计算机系统的性能，例如通过计算吞吐量、响应时间和资源利用率等指标。同时，也会介绍软件对计算机系统结构发展的影响，这包括新编程范式、虚拟化技术等创新，它们不断推动着计算机系统向着更高效、灵活的方向演进。 第一章为后续深入研究计算机系统架构、编程原理和技术选型奠定了基础，强调了理解和掌握不同层次的交互对于成为专业IT人员的重要性。