计算机体系结构课后习题解析与答案

"《计算机体系结构》课后习题答案，张晨曦版，高等教育出版社出版，涵盖了计算机系统结构的基本概念、术语解析、性能评估等多个方面，适合学习者备考复习。" 本文将深入探讨计算机体系结构的相关知识点，帮助读者理解和掌握计算机系统的基础。 1. **计算机系统结构的基本概念** 计算机系统结构是指传统机器程序员所看到的计算机的属性，包括概念性结构和功能特性。其中，透明性是关键，指的是某些功能虽然存在，但在特定视角下可能看似不存在。 2. **层次机构** 计算机系统通常被划分为多个层次，从微程序机器级到应用语言机器级，每层都有不同的语言特征。这种分层有助于理解和实现复杂的计算任务。 3. **虚拟机** 虚拟机是通过软件模拟的机器，可以在不同的硬件平台上运行原本专为特定机器设计的软件，提供了一种跨平台的能力。 4. **翻译与解释** - **翻译**：将高级语言转换为低级语言的等效程序，然后在低级机器上执行。 - **解释**：逐行解释并执行高级语言指令，不需要预先转换整个程序。 5. **计算机系统结构、组成与实现** - **系统结构** 描述了计算机的逻辑设计和功能特性。 - **计算机组成** 涉及数据流和控制流的逻辑实现。 - **计算机实现** 包括物理部件的结构、集成度、速度以及组装技术。 6. **系统加速比与Amdahl定律** - **系统加速比** 表示改进某部分后系统性能提升的倍数。 - **Amdahl定律** 指出，系统性能提升的上限取决于改进部分在总执行时间中的占比。 7. **程序的局部性原理** 程序执行时，访问的存储器地址往往有时间和空间的局部性，这意味着程序倾向于连续访问相近的数据或在短时间内重复访问同一数据。 8. **CPI（每条指令执行的平均时钟周期数）** CPI是衡量处理器效率的一个指标，数值越高，执行指令所需的时间越长。 9. **测试程序套件** 由多种真实应用程序组成，用于全面评估计算机性能，确保其在不同应用场景下的表现。 10. **存储程序计算机（冯·诺依曼结构）** 在这种结构中，程序和数据存储在相同的内存中，指令按照预设顺序执行，形成了指令驱动的计算模式。 11. **系列机与软件兼容性** - **系列机** 是同一制造商生产的具有相同系统结构但不同配置的计算机。 - **软件兼容性** 关注软件在不同硬件平台上的可移植性，包括向上、向下、向前和向后兼容性，确保程序能够在不同级别的计算机上运行。 这些知识点构成了计算机体系结构的基础，理解并掌握它们对于学习计算机科学至关重要，特别是对于进行系统设计和优化的工程师来说。