计算机组成原理黑皮书随记

1.1引言

　　1.1.1计算机三类应用

　　个人计算机（Person Computer）

　　服务器（server）

嵌入式计算机（embedded computer）

1.1.2后PC时代

1.1.3学到什么

程序性能因素

首字母缩略词

1.2计算机结构中的8个伟大思想

1.2.1 面向摩尔定律的设计

1.2.2 使用抽象简化设计

1.2.3 加速大概率事件

1.2.4 通过并行提高性能

1.2.5 通过流水线提高性能

1.2.6 通过预测提高性能

1.2.7 存储器层次

1.2.8 通过冗余提高可靠性

1.3程序概念入门

软件的层次结构

从外到内

系统软件

组成

操作系统

作用

主要的操作系统

编译程序

从高级语言到硬件语言

计算机语言定义

指令

二进制位(bit)

汇编程序

高级编程语言

关系

优势

1.4硬件概念入门

基本功能

五个部件

输入设备

输出设备

存储器

数据通路（运算器）

控制器

总结

数据通路和控制器统称为处理器

处理器从存储器中得到指令和数据 输入部件将数据写入存储器 输出部件从内存中读出数据 控制器向数据通路、存储器、输入和输出发出命令信号

1.4.1 显示器

1.4.2 触摸屏

1.4.3 打开机箱

集成电路

中央处理单元（CPU）

内存

DRAM

缓存

SRAM

指令体系结构

应用二进制接口

重点

1.4.4 数据安全

易失性存储器

非易失性存储器

上述两者区别

主存储器

二级存储器

1.4.5 与其他计算机通信（计算机网络）

计算机网络的

优点

以太网

局域网

广域网

1.5处理器和存储器制造技术

基础概念

晶体管

集成电路

超大规模集成电路（VLSI预测）

对硅添加材料

硅

半导体

硅锭

圆晶

瑕疵

芯片

成品率

1.6性能

1.6.1性能的定义

定义

响应时间

吞吐率

1.6.2 性能的度量

cpu执行时间：简称cpu时间，执行某一任务在cpu上所花费的时间

用户cpu时间：在程序本身所花费的CPU时间

系统CPU时间：未执行程序而花费在操作系统上的时间

时钟周期：也叫tick 、clock tick 为计算机一个时钟周期的时间 通常是处理器时钟 一般为常数

时钟长度 每个时钟周期持续的时间长度

1.6.3CPU性能及其因素

1.6.4 指令的性能

1.6.5 经典的CPU性能公式

指令组合

指令集体系结构

1.7功耗墙

1.8 从单处理到多处理器转变

概念

硬件软件接口

显示并行编程

问题

1.9 Inter Core i7 基准

1.9.1 SPEC CPU 基准测试程序

工作负载

基准测试程序

SPECratio

1.9.2 SPEC功耗基准测试程序

1.10 谬误与陷阱

陷阱

在改进计算机某个方面时期望总性能的提高与改进大小成正比

用性能公式的一个子集去度量性能

Amdahl定律

阐述了：“对于特定改进的性能提升可能由所使用的的改进特征的数量所限制” 收益递减定律的量化版

谬误

利用率的计算机功耗低

面向性能的设计和面向能量效率的设计具有不相关的目标

MIPS

基于百万条指令的程序执行速度的一种测量  指令条数除以执行时间与之积就得到了MIPS MIPS的变化与性能无关的

1.11 本章小结

分层设计

每个下层都对上层隐藏本层细节 抽象原理 最重要的抽象层次是硬件和底层软件之间的接口 称为指令集体系结构

可靠的性能测试方法

秒数/程序 = 指令数/程序*时间周期/指令数*秒数/时间周期

任何一个独立的因子（CPU时间 = 指令数 * CPI * 时钟周期时间）都不能确定性能    只有三因子的乘积（执行时间）才是可靠的性能度量标准

新思想

在程序中开发并行性（多核 多处理器 多核微处理器 并行性编程）

开发存储结构的访问的局部性（cache）

设计考量

价格 性能 能耗 可靠性 成本 可扩展性 设计需在其中找到平衡