计算机技术几十年的发展历史积累了丰富的软件，其中绝大多数软件都是以二进制的形式存在。处理器的ISA是软件的二进制表示形式，因此与主流的ISA保持兼容是处理器结构设计的首要原则。与完全硬件实现方式相比，采用虚拟机的方式兼容主流的ISA有利于提高处理器的硬件效率，同时降低硬件设计的复杂度。　　 虚拟机的主要挑战之一是其动态二进制翻译系统的效率。采用软硬件协同设计的方法是提高虚拟机效率的有效手段。现有的软硬件协同设计的虚拟机都是为兼容特定的ISA而设计的，缺乏通用性，应用领域也很有限。针对这个问题，论文提出一种基于通用处理器结构的软硬件协同的虚拟机设计方法。该方法通过硬件消除不同ISA间存在的关键语义差异，并通过简单的软件优化配合来获得较高的虚拟机性能。由于采用通用的硬件平台，该方法可以在相同的硬件平台上同时高效地支持不同ISA的虚拟机。　　 论文的主要创新与贡献包括：　　 (一)提出一种在通用平台上实现高效的X86虚拟机的软硬件协同的优化方法。该方法通过分析获得RISC处理器与X86处理器用户态ISA的主要语义差异，然后在不影响RISC处理器原有设计结构的基础上增加适当的硬件支持，来优化存在语义差异的X86指令的翻译；　　 (二)针对特殊的X86浮点寄存器栈结构，提出一种两级逻辑重命名的映射方法来解决不同平台的寄存器之间的映射，大幅提升了虚拟机的浮点性能；　　 (三)针对X86 ISA复杂的标志位计算，提出一种基于数据通路复用的简单高效的硬件实现方法。在硬件的支持下，采用简单的软件翻译优化手段即可消除绝大多数冗余的标志位计算或存储；　　 (四)通过软硬件的协同优化，在龙芯处理器平台上实现了一个高效的X86虚拟机。