计算机体系结构的发展
20 世纪五六十年代, 由于工艺技术的限制, 计算机都做得很简单, 计算机体系结构主要研究怎么做加减乘除, Computer Architecture 基本上等于 Computer Arithmetic。
20 世纪七八十年代的时候, 以精简指令集 (Reduced Instruction Set Computer, 简称 RISC)兴起为标志, 指令系统结构 (Instruction Set Architecture, 简称 ISA) 成为计算机体系结构的研究重点。
20 世纪 90 年代以后, 计算机体系结构要考虑的问题把 CPU、 存储系统、 IO 系统和多处理器也包括在内, 研究的范围大大地扩展了。
复杂度、 主频、 功耗、 带宽的障碍对计算机体系结构的发展造成严重制约, 使得计算机体系结构在通用 CPU 核的微结构方面逐步趋于成熟, 开始往片内多核、 片上系统以及结合具体应用的专用结构方面发展。
计算机系统层次结构
从上到下, 计算机系统可分为四个层次, 分别为
应用软件、 基础软件、 硬件电路和物理载体。
衡量计算机的指标
衡量计算机的指标包括性能、价格和功耗。其中性能是计算机的首要指标，对于不同的应用场景，性能可以通过以下几个维度进行衡量：
执行时间或响应时间：执行一个程序的运行所需的时间。
能的最本质定义是 “完成一个任务所需要的时间”。
完成一个任务的指令数首先取决于算法。
编译器负责把用户用高级语言 (如 C/ C++和 Fortran 等) 写的代码转换成计算机硬件能识
别的、 由一条条指令组成的二进制码。 转换出来的目标码的质量的好坏在很大程度上影响完成一个任务的指令数。
指令系统的设计对完成一个任务的指令数影响也很大。
吞吐率：系统在单位时间内可以完成的工作量或应答请求的数量。
加速比：并行系统相对于串行系统在执行同一任务时的速度提升比例。
每条指令的时钟周期数 (CPI)：执行一条指令所需的时钟周期平均数量。
每秒执行百万条指令数 (MIPS)：每秒中可以执行的百万条指令的数量。
每秒执行百万浮点运算数 (MFLOPS)：每秒中可以执行的百万次浮点运算的数量。
每秒执行的事务数 (TPS)：数据库管理系统每秒可以处理的事务数。
归一化的执行时间：不同系统执行同一任务所需时间的比值。
主频宏观上取决于微结构设计, 微观上取决于工艺和电路设计。
计算机体系结构的设计原则
平衡性，局部性，并行性，虚拟化。
