计算机系统结构课后习题答案.doc

计算机系统结构是研究计算机系统的基础，它关注的是程序员或传统机器程序员所看到的计算机属性，主要包括概念性结构和功能特性。这些属性包括层次机构、虚拟机、翻译与解释、计算机系统结构、计算机组成和实现、系统加速比以及Amdahl定律等核心概念。 层次机构是一种将计算机系统按照功能划分为不同级别的方法，从低级到高级，如微程序机器级、传统机器语言机器级、汇编语言机器级、高级语言机器级和应用语言机器级。每个级别都以特定的语言特征为标志，提供了一种从底层硬件到高层软件的抽象。 虚拟机是一种软件模拟的计算机，能够运行在其之上设计的程序，使得软件能在不同的硬件平台上运行，实现了软件兼容性。翻译和解释是两种将高级语言转化为机器可理解形式的技术，翻译是预先转换整个程序，而解释则是逐行解释执行。 计算机系统结构是指程序员所感知的计算机属性，例如，诺依曼结构的存储程序计算机，其中指令和数据都存储在内存中，由控制器按照预设顺序执行。而计算机组成则关注逻辑实现，包括数据流和控制流的设计，如处理机、主存的逻辑结构。计算机实现则涉及到具体的物理构建，如电路设计、器件集成度和速度。 系统加速比是衡量优化某一系统组件后性能提升的指标，Amdahl定律指出，即使对系统的一部分进行了优化，整体性能的提升也受限于未优化部分在总执行时间中的比例。程序的局部性原理是程序执行时的一种行为模式，即程序访问的内存地址通常集中在时间和空间上的小范围内，这为缓存设计提供了理论依据。 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，测试程序套件用于全面评估计算机性能。系列机是指同一厂家生产的具有相同系统结构但不同配置的计算机，软件兼容性则意味着软件可以在不同计算机间迁移而无需大量修改。 向上/向下兼容和向后/向前兼容描述了程序在不同性能等级或不同年代计算机上的运行能力。兼容机是不同厂家生产的系统结构相同的计算机。模拟和仿真分别是通过软件和微程序实现另一台计算机指令系统的方法。并行性包括同时性和并发性，是通过时间重叠和资源重复来提升计算效率。耦合度是衡量多机系统中计算机间交互程度的标准，根据紧密程度可分为紧密耦合和松散耦合系统。异构型和同构型多处理机系统则根据处理机类型和功能区分，前者由不同类型的处理机组成，后者由同类型处理机组成，共同处理并行任务。 计算机系统结构、计算机组成与计算机实现三者的关系体现在设计和实现的各个层面。例如，设计主存系统时，主存容量、编址方式和寻址范围属于系统结构，主存周期和并行逻辑设计属于组成，而存储芯片选择和线路设计属于实现。一种体系结构可能有多种组成方式，而一种组成也可能有多种实现途径。