计算机体系结构详解：层次结构与透明性

计算机系统结构是一门核心课程，涉及计算机硬件和软件交互的基础理论。本章节涵盖了多个关键概念，帮助我们理解计算机如何组织和运作。 1. **层次结构**：这是计算机体系设计中的一个重要概念，将系统划分为多个层次，每个层次用不同的抽象级别来描述，如高级语言到低级语言，这样便于理解和设计。翻译过程涉及从较高层次向较低层次逐级转换，最终执行底层代码。 2. **翻译与解释**：翻译是指将高阶语言编写的程序转化为机器可以直接执行的代码，而解释则是实时解析和执行，无需预先转换。这二者在执行效率上有差异，翻译一次后可长期使用，解释则实时进行。 3. **体系结构**：指的是程序员视角下的计算机，包括概念上的抽象和功能特性，如冯·诺依曼结构，它是存储程序计算机的标准模型，强调指令和数据在统一存储器中的组织。 4. **透明性**：计算机技术中，当用户无需关心底层实现细节时，就体现了某种透明性。例如，软件兼容性和兼容机概念，表示相同体系结构的机器可以无障碍运行同一软件，而结果一致，只是速度可能有差异。 5. **系列机与兼容机**：系列机是指同一制造商生产的不同型号机器，具有相同体系结构；兼容机则是不同厂商生产的具有相同架构的计算机，强调跨厂商间的软件兼容。 6. **计算机组成与实现**：前者关注的是逻辑结构，后者则涉及硬件的具体实现，包括存储程序计算机的冯·诺依曼结构，以及并行性和资源共享等概念。 7. **并行性和时间重叠**：并行计算利用多个处理单元同时执行任务，时间重叠则是让这些任务在时间上交错，以提高系统性能。资源重复强调重复硬件资源以提升性能。 8. **资源共享与多处理机**：资源共享是通过软件手段实现多任务共享硬件资源，同构型多处理机是由相同功能处理机构成的并行处理系统，而异构型多处理机则包含不同类型处理机，任务执行顺序通常由控制逻辑决定。 9. **耦合度**：最低耦合指的是计算机间几乎无物理连接，任务独立执行；松散耦合则通过通信线路或通道实现一定程度的数据交换。 总结来说，本章内容深入剖析了计算机系统结构的关键要素，从体系结构设计到执行机制，再到硬件与软件的交互方式，为理解计算机内部工作原理提供了坚实基础。学习这些概念有助于提升编程和系统设计的能力，适应现代信息技术的发展。