计算机系统结构基础与概念解析
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"此文档是关于《计算机系统结构》张晨曦版的课后习题答案,涵盖了计算机系统结构的基础概念和重要原理,包括计算机层次机构、虚拟机、翻译与解释、系统透明性、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指标、测试程序套件、存储程序计算机、系列机以及软件兼容性等多个方面。" 计算机系统结构是研究计算机硬件和软件之间接口的学科,它定义了计算机的逻辑结构和功能特性。张晨曦版的课程中,首先介绍了层次机构,这是一种将计算机系统分解为多个级别的方法,从底层的微程序机器级到高层的应用语言机器级,每个级别都有特定的语言特征。这种分层设计使得复杂系统更易于理解和管理。 虚拟机的概念在现代计算中扮演着重要角色,它通过软件模拟硬件环境,使得不同的操作系统和应用能在同一平台上运行。翻译和解释是两种执行高级语言程序的方式,翻译是先将高级语言转换为低级语言再执行,而解释则是逐行将高级语言指令转化为机器可执行的代码。 计算机系统结构的透明性意味着某些系统特性虽然存在,但在程序员看来并不明显,如缓存的存在和工作方式。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,包括硬件组件的制造工艺、集成度和速度。 系统加速比和Amdahl定律是性能优化的关键。系统加速比衡量改进某一部件后整体性能的提升,而Amdahl定律指出,系统性能提升的极限受制于未改进部分的占比。程序的局部性原理是内存访问模式的一种理论,指出程序倾向于在时间和空间上重复访问相近的地址,这对缓存设计有重要指导意义。 CPI(每条指令执行的平均时钟周期数)是衡量处理器效率的指标。测试程序套件用于评估计算机的性能,通常包括多种实际应用,确保全面评估。存储程序计算机,即冯·诺依曼结构的计算机,程序和数据都存储在内存中,按照指令顺序执行。 系列机是同一家制造商生产的具有相同系统结构但不同配置的计算机。软件兼容性确保程序能在不同计算机间迁移,向上或向下兼容则分别指程序在更高级或低级硬件上运行的能力,而向后或向前兼容则关注旧程序在新系统上的运行能力。 这个课后答案文档详尽地解答了这些核心概念,对于学习和理解计算机系统结构提供了宝贵的参考。
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