通用计算机系统的层次结构
一共四层，被三个界面连接起来，分别为API，ISA，工艺模型。
应用程序编程接口API层
操作系统的指令系统，介于应用程序和操作系统之间。API 是建生态的起点。
指令系统ISA层
介于操作系统和硬件系统之间。指令系统ISA是实现软件兼容的关键。
工艺模型
是芯片生产厂家提供给芯片设计者的界面。
补充（ABI层）
应用程序编程接口（API）和指令系统（ISA）之间还有一个应用程序二进制接口层（ABI），ABI是应用程序访问计算机硬件以及操作系统服务的接口，由用户态指令和系统调用组成。
计算机的基本组成
计算机中使用二进制。电路板上由许多芯片组成。
层次关系
芯片（类似一个系统）> 模块（加法器，乘法器）>逻辑门（“与”，“或”，“非”门）> 晶体管（PMOS管，NMOS管）
冯诺依曼结构
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
冯诺依曼结构最核心的思想
存储程序和指令驱动执行，即数据和程序都放在存储器中，CPU从内存中取指令和数据进行运算，运算结果也放在内存中。
计算机的性能指标
常用指标
MIPS（Million Instruction Per Second）：每秒执行多少百万条指令。（但是一条指令能干多少事情讲不清楚，数据供应不上，运算能力再强也没用）
MFLOPS（Million Floating point Operations Per Second）：每秒做多少百万次浮点运算（同样数据供应不上，运算能力再强也没用）。
CPI（Cycles Per Instruction）：每条指令的平均执行周期。
IPC（Instructions Per Cycle）：每个时钟周期平均执行的指令数。
影响主频的因素
宏观上取决于微结构设计。
微观上取决于工艺和电路设计。
计算机的功耗
芯片功耗
由晶体管工作产生。
晶体管功耗
开关功耗：电容的放电。如从0到1，电容从不带电变为带电，有一个充电的功耗，吃饱饭1到0也是，充电和放电过程中会产生功耗。
短路功耗：P管和N管短路时产生的功耗。P管和N管在部分开启和关闭的时候，电流的变化有一定的斜率，产生了短路功耗。
漏电功耗：MOS管不能严格关闭时发生漏电的功耗。
芯片功耗的优化
一般从动态功耗优化和静态功耗优化入手。
动态功耗优化：升级工艺可以降低电容和电压，从而降低动态功耗（芯片工作频率跟电压成正比）。
静态功耗优化：选择呢低功耗工艺。
计算机体系结构的发展
发展史
20世纪五六十年代，工艺限制，结构简单，主要研究如何加减乘除。
20世纪七八十年代，精简指令集兴起，指令系统结构ISA成为研究重点。
20世纪九十年代后，要考虑的问题包括CPU，存储系统，IO系统和多处理器，研究范围更广。
21世纪，网络就是计算机，向上突破软硬件界面，向下突破逻辑设计和工艺实现的界面。
计算机体系结构发展的主要动力：工艺技术的发展，应用需求的提高。
计算机体系结构发展面临的障碍
复杂度障碍
是指芯片设计的复杂度。工艺提供的晶体管更多，导致设计周期和成本大幅度增加。
主频障碍
主频越来越难提升，主频持续增长的时代已经结束。
功耗障碍
随着晶体管数目的增加，功耗问题也越来越突出。CMOS电路的功耗与主频和规模都成正比。
带宽障碍
芯片计算所需的数据来自芯片外，冯诺依曼结构中，CPU和内存在逻辑上是分开的，指令和数据都存储在内存中，CPU要不断从内存中获取指令和数据，但芯片的引脚数目又不可能无限增加。
体系结构设计的基本原则
平衡性
一个木桶所盛的水量由最短的模板决定。一个结构最终体现出的性能受限于其瓶颈部分。一些程序中有一些部分是不能被并行化的，而这些不能并行化的部分将成为程序优化的一个瓶颈。
通常CPU设计上，有个计算性能和访存带宽的平衡经验，峰值浮点运算速度（MLOPS）和峰值访存带宽（MB/s）为1:1左右。
Amdahl定理
p：可并行的部分。
n：处理器数量。
局部性
体系结构能够利用局部性进行性能优化时，最常见的是利用事件的局部性，也就是有些事件频繁发生，有些事件不怎么发生，这种情况下就要重点优化频繁发生的事件。
最著名的案例就是在操作系统中的访存局部性的优化。访存局部性包括时间局部性和空间局部性。
时间局部性：一个数据被访问后很有可能多次被访问
空间局部性：一个数据被访问后，其邻近的数据也很有可能被访问。
并行性
计算机中一般可以开发三种层次的并行性。
第一层：指令级并行，包括时间并行（指令流水线），空间并行（多发射）。
第二层：数据级并行，主要指单指令多数据流（SIMD）的向量结构。
第三层：任务级并行，代表是多核处理器以及多线程处理器。
虚拟化
虚拟存储技术“虚拟”了内存，多线程和虚拟机“虚拟”了CPU。
标签：功耗,并行,基础,概念,指令,芯片,局部性,CPU From： https://www.cnblogs.com/RedNoseBo/p/17143866.html