计算机体系结构课程概述及发展趋势

"计算机体系结构是研究计算机硬件和软件接口的学科，它涉及到计算机系统各个层次的设计和优化。本课程由周学海教授在中国科学技术大学计算机系讲授，课程包括60学时，评分标准包括考试、小测验和作业。主要参考教材有张晨曦等编著的《计算机体系结构》以及John L. Hennessy和David A. Patterson的相关著作。课程内容涵盖计算机体系结构的基本概念、定量分析技术，并通过计算机食物链的变化来阐述计算机系统的发展趋势。 1. 计算机食物链的概念被用来形象地表示计算机技术的发展和市场的竞争格局。在1988年，计算机食物链显示了不同层次的计算机系统，而到了1998年，由于技术的进步和市场的演变，这个食物链发生了显著变化。 2. 技术发展是推动计算机食物链变化的主要因素。CMOS VLSI（互补金属氧化物半导体超大规模集成电路）技术的出现，替代了TTL和ECL技术，提升了器件性能，降低了成本，使得计算机更普及。同时，计算机体系结构技术的进步，如RISC（精简指令集计算机）、Superscalar（超标量）、VLIW（超长指令字）等设计，显著提升了低端产品的性能。 3. 价格因素也是计算机食物链变化的关键。随着开发周期的缩短和CMOS VLSI技术的应用，计算机组件减少，系统规模缩小，大规模生产成为可能，这导致成本下降，计算机变得更加亲民。系列机的概念也降低了服务成本，促进了计算机的广泛使用。 4. 计算机体系结构的基本概念包括硬件和软件的接口设计，以及如何通过优化这些接口来提升系统的性能。这一领域涉及处理器架构、存储系统、输入输出系统、互连网络等多个方面。 5. 定量分析技术是评估和优化计算机体系结构的重要工具，它包括对系统性能的度量，如带宽、延迟和可靠性。例如，互连网络的拓扑结构、路由算法、带宽和延迟对多处理器系统性能有着直接影响。 6. 课程中提到的处理器-内存-开关模型和多处理器网络互连，是理解并行计算和分布式系统的关键。共享内存、消息传递和数据并行性是构建高性能计算系统的主要方法。 计算机体系结构是一个综合性的领域，涵盖了硬件设计、系统优化和市场动态等多个层面，其研究不仅关注技术进步，还关注如何在性能和成本之间找到最佳平衡，以满足不断变化的计算需求。"