计算机体系结构习题解答与概念解析

"计算机体系结构课后习题原版答案，由张晨曦著，涵盖了计算机体系结构的基础概念，如层次机构、虚拟机、翻译与解释、计算机系统结构、计算机组成与实现、系统加速比、Amdahl定律、程序的局部性原理、CPI、测试程序套件、存储程序计算机、系列机以及软件兼容性等概念。" 在计算机体系结构中，层次机构是一个重要的设计思想，它将计算机系统分解为多个功能层次，从底层的微程序机器级到高层的应用语言机器级，每一层都有特定的语言特征。这种设计允许不同层次的程序员以最适合他们语言的方式工作，简化了复杂性。 虚拟机是通过软件模拟出的硬件环境，它可以运行特定的指令集，使得软件可以在不同硬件平台上运行，实现了软件的可移植性。翻译和解释是两种不同的程序执行方式，翻译是先将高级语言转换为低级语言再执行，而解释则是在运行时逐行将高级语言转换为等效的低级指令执行。 计算机系统结构主要关注的是程序员所见的计算机属性，包括其概念性结构和功能特性，例如数据流和控制流的设计。透明性则是指某些技术或设计在系统中存在，但在特定视角下却看似不可见，如缓存的透明使用。 计算机组成涉及逻辑设计，包括处理机、主存等组件的逻辑实现，以及数据和控制路径的设计。而计算机实现则关注物理层面，如硬件的集成度、速度、模块化设计和物理组装等。 系统加速比衡量了系统优化后性能提升的程度，而Amdahl定律则指出，系统性能改进的潜力受到未优化部分占比的限制。程序的局部性原理是性能优化的基础，它指出程序执行时倾向于在时间和空间上集中访问某些内存区域。 CPI（每条指令执行的平均时钟周期数）是评估处理器效率的一个指标，较低的CPI表示处理器更高效。测试程序套件用于全面评估计算机性能，通常包含多种真实应用程序。 存储程序计算机，即冯·诺依曼结构，其核心特点是将指令和数据一起存储在内存中，按顺序执行。系列机是指具有相同系统架构但不同配置的计算机，而软件兼容性则意味着软件可以在不同硬件平台之间无缝迁移，向上或向下兼容性确保了程序在不同性能等级的计算机上运行的可行性。 这些概念构成了计算机体系结构的基础，理解和掌握它们对于深入学习计算机科学至关重要。