计算机系统结构基础：术语解析与概念理解

"《计算机体系结构》课后习题原版答案由张晨曦编写，主要涵盖第1章计算机系统结构的基本概念，包括术语解释、虚拟机、翻译和解释的概念，计算机系统结构、透明性、计算机组成与实现的定义，系统加速比、Amdahl定律等核心知识点，以及程序的局部性原理、CPI指标、测试程序套件的应用、存储程序计算机的概念、系列机的定义、软件兼容性与兼容性的方向等。" 在计算机体系结构中，层次机构是一种将计算机系统按照功能划分为多个级别的方法，每个级别具有不同的语言特性，从低级的微程序机器级到应用语言机器级。虚拟机是一种通过软件模拟的机器，允许在不同平台上运行原本为特定硬件设计的程序。翻译和解释是两种执行高级语言的方法，翻译是先将高级语言转换为低级语言再执行，而解释则是在执行过程中逐行解释并执行高级语言。 计算机系统结构，也称为概念性结构与功能特性，是传统机器程序员所看到的计算机属性。透明性意味着某些特性或组件虽然存在，但在特定视角下不影响用户感知。计算机组成涉及数据流和控制流的逻辑设计，而计算机实现则关注物理层面的构造，包括硬件的集成度、速度和装配技术。 系统加速比衡量了改进某部分后系统性能提升的程度，而Amdahl定律指出，即使对一个系统的某个部件进行了优化，整体性能的提升也受限于该部件在系统中所占的时间比例。程序的局部性原理是程序执行时，访问的存储地址往往集中在一个区域内，包括时间局部性（最近使用的数据可能在未来再次被使用）和空间局部性（相近位置的数据可能会一起被访问）。 CPI（每条指令执行的平均时钟周期数）是衡量处理器效率的一个指标。测试程序套件是一组用于评估计算机性能的不同实际应用集合。存储程序计算机遵循冯·诺依曼结构，程序和数据一同存储在内存中，按指令顺序执行。系列机是来自同一制造商，具有相同体系结构但配置和实现不同的计算机系列。软件兼容性强调程序无需或仅需少量修改即可在不同计算机上运行，向上/向下兼容指的是程序在不同性能等级的计算机上可直接或稍作修改运行，而向后/向前兼容则关乎软件在时间轴上的适应性，即新旧版本计算机之间的兼容性。