15、虚拟架构：计算机与思维的新视角

虚拟架构：计算机与思维的新视角

1. 虚拟架构概述

虚拟架构这一概念包含数据结构和控制机制两个方面。它源于图灵提出的标准描述中硬件与软件的区分，不过其影响已超越了图灵最初的目的。

标准描述与虚拟机

标准描述是通用图灵机的一种符号表示形式，它能让通用机模拟任意可数的图灵机。以TM1为例，其标准描述构成一个虚拟机，通用机模拟TM1产生相同序列时，就如同它就是TM1。这表明标准描述可被视为“虚拟”机器，且虚拟机概念有两个相关方面：一是抽象表示结构供通用机使用的机器；二是通用机对描述进行解释和操作的行为。

同时，存储程序计算机对虚拟架构概念有重要扩展，即可以模拟不同硬件结构和控制机制的机器。例如，串行计算机可常规模拟硬件上为并行结构的连接主义架构。

虚拟机的层级结构

现代计算机通常有一系列虚拟机，用于调解用户与计算机硬件之间的交互。使用虚拟机的主要原因是让用户能以符合人类习惯的方式指定任务。计算机的机器语言是由0和1组成的序列，编写和记忆都很困难，因此引入了虚拟机。

常见的虚拟机层级如下：
- 用户层 ：用户可将计算机视为文字处理器、数字照片处理器、互联网连接工具等。
- 操作系统层 ：处理文件和窗口、与内存和处理器通信等任务，为应用程序虚拟机开发者提供标准功能。操作系统可使用其他虚拟机的语言编写，如C语言。
- 汇编语言层 ：为机器语言操作提供助记码。例如，Intel 8086处理器的汇编语言中有HLT指令（二进制为11110100），用于停止处理器，比直接