计算机科学导论：跨学科方法

6.4　TOY虚拟机

考虑到TOY是一个虚拟机，我们如何能够运行和调试程序呢？在本节中，我们将为这个问题提供一个完整的答案，然后讨论其意义。在本节中你将看到，我们可以轻松地编写一个称为虚拟机的Java程序，它可以运行任何TOY程序。事实上，正如你所看到的，虚拟机定义了TOY的实现方式，它精确地描述了每个TOY指令的效果，并且始终保存着TOY机器的完整的状态信息。

虚拟机定义的是这样的一种机器：它像真机一样执行程序，但不需要与任何物理硬件直接对应。通常我们使用这个术语来宽泛地指代机器以及实现它的软件（或硬件）。

虚拟机的概念在一开始或许会令人不太适应，为确保读者能够完全理解这一概念，我们会完整地讲述这一概念的所有细节，而虚拟机的概念也是第5章中讨论的计算理论基本思想的核心。事实上，邱奇-图灵理论意味着任何计算系统都可以执行相同的计算，只要内存足够大，因此每台计算机都可以视作其他计算机的虚拟机。

虚拟机的核心概念是处理程序的程序。你可能还记得，在停机问题的证明中，我们引入了一个想法，即一个程序可以将另一个程序作为输入。这个想法起初似乎有点奇怪，实际上，这个想法是一个基本的计算机科学概念，我们将在本节中详细探讨。

作为热身，我们讨论一些简单的TOY编程概念的实际应用，其中包括一个重要的和难以避免的常见问题。我们会讨论这些问题与Java存在很多相似与关联，进而开始讨论本节的核心部分TOY虚拟机。最后我们讨论这一模型对现代和未来计算机的影响。

本节涵盖了很多方面的内容，从TOY到停机问题，再到服务器农场和云计算，接下来我们将会揭示这些概念和术语背后的深层含义，并诠释它的能力、简洁以及重要性。篇幅所限，我们无法对它们进行详尽的解释，但对于从事计算的人来说，理解这些术语非常重要。

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