計算機體系結構量化研究方法學習
量化設計與分析基礎
20世紀80年代成功地開發了新的體系結構RISC體系結構。
計算機的分類
個人移動設備(PMD)
帶有多媒體用戶界面的無線設備，比如手機、平板電腦等。
成本主要因素是功耗和電池。多媒體應用程序的關鍵特性是響應性能和可預測性能。
桌面計算
一級市場是桌面計算市場
服務器
服務器的角色逐漸變爲提供更大規模更可靠的文件和計算服務。可用性是至關重要的，第二個關鍵特徵是可擴展性，最後一個是吞吐能力。
集羣/倉庫級計算機
最大規模的集羣稱爲倉庫級計算機(WSC)，他們設計的方式使數萬個服務器像一個服務器一樣運行。
性價比和功耗非常關鍵。
嵌入式計算機
嵌入式計算機在日用電器中隨處可見。
並行度與並行體系結構的分類
多種級別的並行度已經稱爲計算機設計的推動力量，而能耗和成本則是主要約束條件。
- 數據級並行（DLP），同時操作許多數據項。
- 任務級並行（TLP）
計算機以4種主要方式來發開這兩種類型的應用並行。
- 指令集並行，利用流水線之類的思想溼度開發數據級並行
- 向量體系結構和圖形處理器並行
- 線程並行
- 請求級並行在程序員或者操作系統指定的大量去耦合任務之間開發並行，可能就是進進程並行
計算機體系結構定義
計算機時期性能和能耗效益達到最近，同時還要滿足成本、功耗和可用性的約束條件。這包括很多方面：指令集設計、功能組織、邏輯組織、實現方式。
指令集體系結構（ISA）
ISA分類
幾乎所有的ISA都劃分到通用寄存器體系結構中
寄存器尋址
幾乎所有的計算機都是用字節來訪問存儲器操作數
尋址模式
除了指定寄存器和常量操作數之外，尋址模式還制定了一個存儲器對象的地址。
操作數的類型和大小
常用的有8位(ASCII字符)，16位(半個字)，32位(字)，64位(雙字或長整型)
操作指令
數據傳輸指令、算術邏輯指令、控制指令、和浮點指令。
控制流指令
幾乎所有的ISA都支持條件轉移，無條件轉移，過程調用和 返回
ISA的編碼
有兩種基本的編碼選擇，固定長度和可變長度。
真正的計算機體系結構
計算機的實現包括兩個組成和硬件。
- 組成一詞包括了計算機設計的高級內容，比如存儲器系統，存儲器互連,cpu等。
- 硬件一詞是指一個計算機的具體實現，包括詳盡的邏輯設計和封裝設計。
在計算機體系結構這本書中，主要涵蓋了指令集體系結構、組成和硬件
未來趨勢
性能趨勢：帶寬勝過延遲
帶寬和吞吐量是指在給定時間內完成的工作總量。
延遲是衣蛾時間從開始到完成所經歷的時間。
特徵尺寸的下降
特徵尺寸就是一個晶體管或者一條連線在某座標軸方向的最小尺寸。
功率和能耗
是最大挑戰，功率以熱的形式耗散。
一共有三個注意的事項。
- 一個處理器的最大的功耗。如果處理器師徒幾區的功耗大於電源系統能提供好的功率，其結果通常會導致電壓下降。
- 持續功耗。這個度量普遍稱爲熱設計功耗（TDP）。它決定了冷卻需求。
- 能耗和能耗效率
處理器內部的能耗和功耗：對CMOS芯片來說，傳統的主要能耗源是開關晶體管，也成爲動態能耗。
現代微處理器提供了許多技術，試圖在保持電壓和頻率的情況下，提高能耗效率。
- 關閉非活動模塊的時鐘
- DVFS
- 針對典型情景的設計。比如在內外存儲器提供了低功耗模式。
- 超頻
靜態功耗主要是截止狀態時也存在泄露電流。
成本趨勢
集成電路的成本。
可信任度
性能的測量、報告和彙總
基準測試
簡單程序將導致性能隱患
簡單程序包括：
程序內核，玩具程序，合成基準測試程序
另一個問題是運行基準測試的條件。
流行的做法是使用基準測試應用程序集來衡量處理器處理各種應用程序
計算機設計的量化原理
充分利用並行
局域性原理
程序常常重複使用他們最近用過的數據和指令。一條廣泛的經驗規律是，一個程序90%的時間花費在10%的代碼中。這意味着我們可以根據一個程序最近訪問的指令和數據，比較準確的預測它最近會使用那些內容。
重點關注常見情形
Amdahl定律
根據定律可以計算出通過改進計算機摸一部分而能獲得的性能增益。
這個定律闡述了一個彙報遞減規律：如果僅改進一部分計算的性能，在增加改進時，所獲得的加速比增量會逐漸減小。
處理器性能公式
謬論
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