计算机体系结构课后习题原版答案_张晨曦著

计算机体系结构是计算机科学的核心概念之一，主要关注的是计算机系统从程序员的角度来看的概念性结构和功能特性。这包括了计算机硬件和软件的高层次设计，例如层次机构，其中计算机系统被划分为多个级别，每个级别具有不同的语言特性和功能。从微程序机器级到应用语言机器级，每一层都为上一层提供了一个抽象的接口。 虚拟机是一种软件实现的机器，它可以模拟真实的硬件环境，使得特定的软件可以在不支持其原生指令集的硬件上运行。翻译和解释是两种程序执行方式，翻译是将高级语言转换为低级语言后再执行，而解释则是逐行将高级语言指令转化为等效的低级语言并立即执行。 计算机系统结构的定义强调了它对传统机器程序员的可见性，包括概念性的结构和功能。透明性是计算机技术中的一个重要概念，意味着某些特性对用户来说是无形的。计算机组成则关注逻辑实现，涉及数据流和控制流的设计，以及逻辑电路的构造。而计算机实现进一步深入到物理层面，涵盖了处理器、主存等组件的具体制造工艺和设计。 系统加速比是衡量系统性能提升的一个指标，Amdahl定律指出，即使改进了系统的一部分，整体性能的提升也会受到未改进部分在执行时间中占比的限制。程序的局部性原理是优化存储系统设计的基础，它指出程序倾向于在时间和空间上集中访问某些区域。 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，而测试程序套件用于评估计算机在各种任务中的性能。存储程序计算机，即冯·诺依曼结构的计算机，其特点是程序和数据存储在相同的内存中，并按照指令顺序执行。 系列机是同一厂家生产的具有相同体系结构但不同配置的计算机，软件兼容性确保程序可以在不同计算机上运行。向上/向下兼容性指的是程序在不同性能级别的计算机上无需修改即可运行，而向前/向后兼容性涉及不同时间推出的计算机系统。兼容机是不同厂商制造但具有相同体系结构的机器。 模拟和仿真分别指软件和微程序级别的系统复制，而并行性则涉及到同时处理多个任务的能力，包括同时性和并发性。资源重复和资源共享是并行计算中提高性能的策略，耦合度用来描述多机系统中计算机间的交互程度，紧密耦合和松散耦合系统反映了不同级别的交互和共享资源的方式。 Flynn分类法将计算机系统分为SISD、SIMD、MISD和MIMD四类，基于指令流和数据流的数量。这些分类有助于理解和设计不同类型的并行计算系统。 计算机系统结构、组成和实现之间的关系体现在设计过程中。例如，确定主存容量和寻址方式属于系统结构，主存周期和逻辑设计属于组成，而具体存储芯片的选择和制造工艺属于实现。一种结构可以有多种组成方式，一种组成也可以有多种实现方法。