计算机体系结构：发展历程与转折点

计算机体系结构是信息技术的基础之一，它涉及计算机硬件、固件与软件之间的交互和组织方式。本资源以云南大学软件学院张云春教授的《计算机体系结构》为参考，旨在帮助读者对计算机系统结构有深入理解。 第1章介绍了计算机系统结构的基本概念，包括引言部分，阐述了计算机系统作为一个整体，由硬件、固件和软件组成，且随着技术进步，这些组件间的关系和功能不断演变。早期，计算机系统依赖于指令级并行来提升性能，但到了20世纪80年代，随着RISC（精简指令集计算机）结构的引入，系统结构朝着线程级和数据级并行发展，以应对功耗增加和可扩展性需求的挑战。 1946年第一台通用电子计算机的诞生标志着计算机技术的起点，其后的25年中，计算机性能的增长主要归功于制造技术和系统结构的创新，平均每年增长25%。然而，进入20世纪80年代中后期，由于技术瓶颈如功耗问题、指令级并行潜力的挖掘殆尽，以及存储器访问速度的相对停滞，性能增长速度放缓至约35%。2002年后，这一趋势更加明显，增长率下降到约20%，强调了在新的时代背景下，系统结构的转变和优化对于保持性能增长的重要性。 计算机系统结构通过多级层次划分，从底层的微程序机器级到应用语言虚拟机，每一级都对应着不同的语言层次，如机器语言、汇编语言、高级语言和应用语言，这反映了编程语言的进化和计算机处理能力的提升。高级语言的出现使得编程更易用，但底层的语言和硬件紧密相连，反映了软件与硬件之间的桥梁作用。 计算机体系结构是理解现代信息技术的关键，它不仅包含了硬件技术的迭代，还涉及到软件设计的演进，以及如何通过架构优化来应对不断变化的技术环境。随着并行计算、云计算和人工智能等新兴领域的发展，计算机体系结构将继续面临新的挑战和机遇。