2、计算机架构：从基础到未来趋势

计算机架构：从基础到未来趋势

1. 信息革命与计算机性能增长

过去 20 年，我们经历了由半导体集成和互联网爆炸式增长驱动的信息革命。早在 20 世纪 60 年代，摩尔定律就预测了半导体器件性能的指数级提升。其中一种表述是，微处理器的计算能力将在成本不变的情况下每 18 - 24 个月翻一番，其性价比（性能与成本之比）将呈指数级增长，且整个系统的计算能力也以同样的速度增长。然而，如今许多人认为“增长的尽头”已近，主要是因为 CMOS 技术的小型化正迅速接近极限，即所谓的 CMOS 端点。

除了半导体技术，改进的芯片设计也推动了微处理器性能的显著增长。随着每一代新工艺的发展，逻辑开关速度和片上逻辑数量都大幅增加。更快的开关速度带来更高的时钟频率，激进的芯片设计通过改进电路设计或对指令执行步骤进行流水线处理也有助于提高时钟频率。更深的流水线使每个流水线阶段执行的功能所需的门延迟更少。更重要的是，多年来片上资源的大量增加为芯片架构师提供了新的机会，可采用各种技术来提高吞吐量，例如在硬件/软件堆栈的各个层面利用并行性。如何充分利用技术带来的不断增加的资源，属于计算机架构的范畴。

2. 计算机架构的发展历程

计算机架构是一门相对年轻的工程学科。20 世纪 70 年代初，随着成功的国际并行处理会议（ICPP）和国际计算机架构研讨会（ISCA）的诞生，计算机架构的学术和研究领域开始形成。当时，并行处理已经是计算机架构的一个主要焦点。在 20 世纪 80 年代和 90 年代初，并行处理和并行计算机架构在该领域的研究人员中非常热门，学术研究人员倡导具有数百万个慢速、廉价处理元件的可扩展并行系统。但后来，行业选择了不同的方向，到 90 年代中期，并行系统被所谓的“杀手级微处理