计算机架构中的六大思想：从并行性到容错性

"计算机组成PPT，内容涵盖计算机组成的第一节，包括CS61C课程的主要学习内容：六大数据结构理念，以及如何通过并行性而非仅仅依赖C语言实现高性能编程。课程强调抽象（多层表示/解释）、摩尔定律、局部性原则与内存层次结构、并行性、性能度量与提升、以及通过冗余实现的可靠性。" 计算机组成是计算机科学中的一个核心概念，它涉及到计算机硬件和软件之间的交互。在CS61C课程中，"Great Ideas in Computer Architecture"（计算机架构的伟大思想）是学习的重点。这个课程不仅仅关注编程语言如C，而是探讨如何利用底层硬件来实现最高性能。课程通过介绍不同的概念，帮助程序员理解如何更高效地编写代码，特别是在处理并行计算时。 首先，抽象是计算机科学中的一个重要概念，指的是将复杂系统分解成多个层次的表示和解释。这允许我们用更高层次的语言描述系统，而不是陷入底层细节。在计算机组成中，这可能涉及到处理器指令集、内存模型以及其他硬件组件的抽象表示。 摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数量大约每两年翻一番，从而导致计算能力的快速提升。然而，随着技术的发展，摩尔定律的物理限制逐渐显现，因此课程也会探讨如何在该定律放缓的情况下继续提高性能。 局部性原则是计算机内存设计的基础，指的是程序执行过程中，数据和指令倾向于在一段时间内集中出现于特定区域。这一原则促使了内存层次结构的出现，例如缓存，使得频繁访问的数据能够快速被访问到，从而提升系统性能。 并行性是现代计算机性能提升的关键策略。在多核处理器和分布式系统中，通过同时处理多个任务或数据片段，可以显著提高计算速度。CS61C课程会讨论如何在高级语言中利用并行性，以优化C这样的语言编写的程序。 性能度量和改进是评估系统效率的重要方面。这包括时间复杂度、空间复杂度的分析，以及性能瓶颈的识别和解决。课程会教授如何有效地度量和提升程序的运行效率。 最后，冗余和容错是确保计算机系统可靠性的关键。通过复制硬件组件或数据，可以在部分故障发生时保证系统的持续运行。课程会涉及如何设计和实现这些机制，以提高系统的可用性和稳定性。 CS61C课程旨在让学员理解计算机的内部工作机制，以便更好地编写出能够充分利用硬件资源、实现高性能的程序。随着技术的发展，计算机架构变得更加复杂，特别是新出现的个人移动设备、大规模服务器和仓库规模计算机，对程序员提出了新的挑战。课程将涵盖这些新趋势，使学生具备应对现代计算环境的能力。