计算机系统结构基础：从并行性到创新

"该资源是关于计算机体系结构的讲解，主要涵盖了计算机系统结构的基本概念、发展历程、并行性的演进以及计算机系统层次结构的解析。" 计算机体系结构是研究计算机系统设计原理和实现方法的学科，它关注的是系统如何通过硬件和软件的协同工作来提供高效的服务。本资料详细介绍了这一领域的重要概念。 1. 引言部分阐述了计算机技术发展的历程。自1946年ENIAC（电子数字积分计算机）诞生以来，计算机技术的进步主要得益于两方面的推动：一是计算机制造技术的提升，如大规模集成电路和微处理器的出现；二是计算机系统结构的不断创新。随着时代的发展，计算机性能的增长率经历了从每年25%到约20%的演变，这主要是由于功耗问题、指令级并行性的开发空间减少以及存储器访问速度提升缓慢等因素。 2. 定量分析技术是评估计算机性能的重要手段，例如SPECint速度指标，它反映了计算机处理整数运算的能力。过去，依赖技术进步每年可使性能提高35%，而先进系统结构的贡献则是这个数字的5倍。 3. 计算机系统结构的发展经历了多个阶段，早期主要依赖指令级并行性提升性能。然而，随着并行性的挖掘逐渐接近极限，系统结构的重大转折点出现，即转向线程级并行和数据级并行，以应对性能提升的挑战。 4. 计算机系统结构的概念部分强调了计算机系统由硬件/固件和软件组成，并且根据功能划分为多级层次结构。从低级到高级的语言，每层都有其特定的虚拟机，如应用语言虚拟机、高级语言虚拟机、汇编语言虚拟机、操作系统虚拟机、机器语言和微架构级。 5. 在计算机系统结构中，理解这些层次关系至关重要，因为它们定义了软件如何与硬件交互。例如，高级语言让编程更为便捷，但最终都会转换为机器语言，由硬件执行。而微架构级则涉及具体的硬件实现，如指令集架构（ISA）和微指令控制。 总结来说，这份资料深入浅出地介绍了计算机体系结构的基础知识，包括其历史、性能提升的关键因素、系统层次结构以及并行计算的重要性，对于学习和理解计算机系统设计有极大的帮助。