A New Golden Age in Computer Architecture 2018.pdf

简介：
本论文探讨了计算机架构领域的新黄金时代，分析了当前技术趋势，并预测未来发展方向。收录于2018年的相关会议或期刊中。 ### 新计算机架构黄金时代的关键知识点 #### 一、引言 在《A New Golden Age for Computer Architecture 2018》这篇演讲稿中，斯坦福大学的John Hennessy和加州大学伯克利分校的David Patterson探讨了计算机架构领域的重要历史、当前挑战以及未来机遇。该文档详细介绍了计算机架构的发展历程，特别强调了特定领域的硬件软件协同设计、增强的安全性、开放指令集和敏捷芯片开发等关键主题。 #### 二、历史背景与架构演变 1. **计算机架构的历史**：文章首先回顾了计算机架构的发展史，包括大型机、小型计算机、微处理器等不同阶段，并对比了精简指令集（RISC）与复杂指令集（CISC）、超长指令字（VLIW）等技术。 - **大型机时代**：早期计算机系统如IBM 701和7094的出现，标志着大型机时代的到来。这些系统的架构不兼容，每种系统都有其独特的指令集架构（ISA）、输入输出系统和辅助存储设备（例如磁带、鼓式磁盘和硬盘）。 - **小型计算机与微处理器**：随着技术的进步，小型计算机和微处理器逐渐兴起。这些设备更加便携且成本更低，为个人用户提供了更广泛的计算能力。 - **RISC vs CISC**：20世纪80年代初，精简指令集计算（RISC）的概念被提出，旨在简化指令集以提高执行效率，并与之前广泛使用的复杂指令集（CISC）形成对比。 2. **IBM System360**：IBM System360的推出解决了兼容性问题，它采用了单一的指令集架构（ISA），使得各种计算机系统能够运行相同的程序，大大降低了软件开发的成本和复杂度。 #### 三、当前挑战 1. **摩尔定律的终结**：随着晶体管尺寸减小变得越来越困难，摩尔定律预测的性能增长速度正在放缓。这导致了计算机架构师们面临着前所未有的挑战。 2. **安全性的提升**：随着网络攻击事件的增加，确保数据安全成为计算机架构设计中的一个核心关注点。 #### 四、未来机遇 1. **领域特定语言和架构**：为了应对特定应用领域的计算需求，领域特定的语言和架构（DSLs and DSA）正逐渐成为主流。这些设计允许硬件和软件更紧密地协同工作，从而实现更高的效率和性能。 2. **开放指令集**：开放指令集架构（如RISC-V）的兴起为硬件设计带来了更多的灵活性和可定制性。这不仅促进了技术创新，还降低了进入市场的门槛。 3. **敏捷开发方法**：借鉴软件行业的敏捷开发方法，敏捷硬件开发方法强调快速迭代和灵活调整设计。这种方法有助于加速新产品上市时间，并提高产品的市场适应性。 #### 五、控制与数据路径 - **控制与数据路径分离**：处理器的设计通常将数据路径（用于存储数字和执行算术运算的部分）与控制部分（用于序列化对数据路径的操作）分开。这种分离有助于提高处理器的可靠性和效率。 - **微编程技术**：Maurice Wilkes发明了微编程技术，用于设计处理器的控制单元。通过使用只读存储器（ROM）或随机存取存储器（RAM）来存储控制逻辑，设计师可以更灵活地调整和优化控制流。 - **IBM 360系列**：IBM 701是最早采用微编程技术的计算机之一。不同型号的IBM System/360在数据路径宽度、微码大小、时钟周期时间和主内存周期时间等方面存在显著差异，这些差异反映了当时的技术水平和成本考量。 #### 六、总结 通过对《A New Golden Age for Computer Architecture 2018》的深入分析，我们可以看出计算机架构领域正经历着一场深刻的变革。从过去的历史回顾到当前面临的挑战，再到未来可能的机会，John Hennessy和David Patterson为我们提供了一个全面而深入的视角。随着技术的进步，未来的计算机架构将更加注重特定领域的应用、安全性以及开放性和敏捷性。