CA1 课程概述

成绩评定

平时70%：

  • 考勤5%
  • 课堂测验5%
  • 课后作业30%
  • 实验课30%

期末考试30%

​ 基本概念、基本原理、单项能力、综合能力

平时作业

文件格式：docx/pdf

文件名称：学号(作业序号)，如：1911xxx(1)

大致内容

量化设计和分析

存储层次

四个层次的并行

  • 指令级并行
  • 数据级并行
  • 线程级并行
  • 程序级并行

发展动力

半导体技术的进步

尺寸降低，时钟速度提升

专业化（specialization）

体系结构创新

  • 放弃汇编语言编程降低对目标代码兼容性需求

  • 开发标准化的独立于系统供应商的操作系统，如Linux和Unix，降低了退出新型体系结构的风险

  • 提高功率-性能-成本的唯一途径——特定领域体系结构

    • 微处理器包含若干个专用核
    • 每个核只需要很好地完成某类计算
    • 整体性能明显优于通用核（general-propose core）

  • 关键因素：足够规模的需求

    • 抽取共性问题

  • 精简指令集计算机Reduced Instruction Set Computer(RISC)

  • 关注点

    • 开发指令级并行
      • 早期：流水操作
      • 后期：多指令发出
    • 利用Cache
      • 早期：简单形式
      • 后期：更加复杂的组成和优化

  • RISC：具有简单指令集的计算机体系结构

    • 应对策略：跟上 或 消亡
      • Digital Equipment VAX：消亡
      • Intel x86：内部将x86指令转化为类RISC指令
    • 低端应用（移动电话）：以ARM架构为主流

RISC带来的影响

显著提高了计算机系统的能力

性价比显著提升带来了新型计算机系统

计算机系统的分类

分类标准

  • 应用领域
  • 性能需求
  • 计算技术

计算机系统的物种类型

  • 物联网/嵌入式计算机
  • 个人移动设备
  • 桌面计算系统
  • 服务器
  • 集群/仓储计算机

计算机体系的早期定义

Amdahl：系统程序员所看到的系统属性

  • 概念结构
  • 功能行为
  • 不同于数据流组织、控制逻辑实现和物理实现

计算机体系结构

  • 指令集体系结构+
  • 计算机组成（流水，存储层次，存储系统等）

计算机体系结构是计算机硬件和软件之间的“粘合剂”

计算机体系结构将确定计算机系统中软硬件之间的功能分配

计算机体系结构图示

计算机体系结构的现在定义

  • 定义：设计符合目标和功能需求的组成和硬件

  • 组成：计算机系统高层设计，也成为微结构

    • 内容：存储系统、存储器内敛、内部处理器设计等
    • 两个处理器可以有相同的指令集但不同的组成
    • 多核：内置多个处理器的微处理器

  • 硬件：计算机系统的细节

    • 内容：详细逻辑设计、计算机包装技术
    • 计算机系统可以有相同的指令集体系结构核非常相似的组成

计算机体系结构的发展趋势

  • 指令集并行性TLP
  • 性能提升的新途径
    • 数据级DLP
    • 线程级TLP
    • 仓储计算机WSC
    • 请求级RLP
  • 显示并行性需要重新编写应用程序
    • 隐式并行性（透明的）：ILP
      • 由编译器和硬件完成，不需要程序员关注
    • 显式并行性（不透明的）：DLP、TLP、RLP

计算机架构师（Computer Architect）

  • 设计一台计算机必须满足
    • 功能性需求
    • 价格、功耗、性能和可行性目标
  • 了解最重要的功能需求
    • 应用领域
    • 软件兼容性
    • 操作系统需求
    • 标准
  • 关注相关技术和应用两方面的趋势
    • 影响未来的成本
    • 影响架构的寿命

五种关键实现技术

  • 集成电路逻辑

  • 半导体DRAM

  • 半导体闪存SRAM

  • 磁盘技术

  • 网络技术