introduction

重要思想

• 摩尔定律
• 抽象（如ISA）
• 加速大概率事件
• 并行
• 流水线
• 预测
• 存储器层次
• 冗余提高可靠性

软件

• systems software:aimed at programmers
• applications software: aimed at users
• operating systems
• complier
• firmware(驱动)

高级语言经过编译生成汇编语言，汇编语言经过汇编生成二进制机器指令。

硬件

冯诺依曼架构

• 由I/O设备，数据通路，控制器，储存器组成

存储器层次

由顶端到底端：快，贵，小->慢，便宜，大:

缓存/cach ~ SRAM

主存/内存 ~ DRAM (易失性存储器)

辅存/外存/二级储存器 ~ 闪存（flash），磁盘(非易失性储存器)

只有放入内存的程序才能被cpu执行，cache也在cpu中

指令集体系架构

• RISC（reduced instruction set computer）:MIPS，ARM等
• CISC（complex instruction set computer）：x86等

ISA联系了硬件和软件

生产

集成电路（Integrated Circuit）

计算机性能

• 执行时间（execution time）:一个任务从开始到完成的时间
• 吞吐量（throughput）：单位时间内完成的任务数量
• x is n times faster than y:\(performance_x/performance_y=execution\_time_y/execution\_ time_x\)

重要公式：

\(时钟周期长（clock\ period）=1/时钟周期频率（clock\ rate）\)

\(cpu执行时间(CPU\ time)=指令数（IC）*每条指令的平均周期数（CPI）*时钟周期长\)

\(MIPS=IC/(CPU\ time * 10^6)\)

影响因素：

• Algorithm: affects IC, possibly CPI
• Programming language: affects IC, CPI
• Compiler: affects IC, CPI
• Instruction set architecture

功耗

\(P=(C*U^2*f)/2\)

Amdahl's law:

\(T_{improved}=\dfrac{T_{affected}}{improvement\ factor}+T_{unaffected}\).

SPEC基准测试:测试CPU性能。