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一、计算机体系架构量化分析

Cost

  1. Die cost
  2. System cost

Performance

Metric

  1. Latency: CPI (clock per instruction)
  3. Throughput: Instruction Count
  4. Frequency: Cycle time

Method

  1. Benchmark Set
  2. Amdahl's Law

Performance enhancement

  1. ILP/Multithread

  2. Multicore

  3. Average and Worst case

  4. Latency v.s. Throughput

Power and Thermal

  1. Power and peak switching current
  2. TDP (Thermal design power)
  3. Average maximum power a processor can dissipate while running commercially available software.

Reliability

  1. Resiliencty to electrical noise, part failure
  2. Robustness to bad software, operator error

Maintainablity

  1. System administration costs

二、单核流水线结构

四、单核超标量处理器

五、存储架构

层次结构

  1. 层次结构：

    存储结构

存储管理

  1. 页式存储：

    逻辑空间等分为页；并从0开始编号

    内存空间等分为块，与页面大小相同；从0开始编号

    分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。每页长度相同

    页式存储

  2. 段式存储：逻辑空间分为若干个段，每个段定义了一组有完整逻辑意义的信息（如主程序Main（））；每段长度不同

    段式存储

  3. 段页式存储：用户程序先分段，每个段内部再分页（内部原理同基本的分页、分段相同）

    段页式存储

局部性原理

  1. 时间局部性（Temporal Locality）：如果一个信息项正在被访问，那么在近期它很可能还会被再次访问。
  2. 空间局部性（Spatial Locality）：在最近的将来将用到的信息很可能与现在正在使用的信息在空间地址上是临近的。

虚拟地址

  1. 虚拟地址

    在多道程序环境下，每道程序不可能都从“0”开始装入（内存），这就致使地址空间内的逻辑地址和内存空间中的物理地址不相一致。为了使程序能够正确运行，存储器管理必须提供地址映射功能，以将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。该功能在硬件的支持下完成。

  2. TLB

    Translation Lookaside Buffer的缩写，用于虚拟地址与实地址之间的交互，提供一个寻找实地址的缓存区，能够有效减少寻找物理地址所消耗时间。

    TLB是一个小的，虚拟寻址的缓存，其中每一行都保存着一个由单个PTE(Page Table Entry，页表项)组成的块。如果没有TLB，则每次取数据都需要两次访问内存，即查页表获得物理地址和取数据。

    又称为快表技术。由于页表存储在主存储器中，查询页表所付出的代价很大，由此产生了TLB。

磁盘

  1. Type 1

    • ATA(Advanced Technology Attachment) ： IDE （ Integrated Device Electronics ）的技术规范族
    • SATA(Serial ATA)

  2. Type 2

    • SCSI(Small Computer System Interface)
    • SAS(Serial Attached SCSI)

RAID

磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意

  1. RAID0 （又称为Stripe或Striping，分条）

    即Data Stripping数据分条技术。RAID 0可以把多块硬盘连成一个容量更大的硬盘群，可以提高磁 盘的性能和吞吐量。RAID 0没有冗余或错误修复能力，成本低，要求至少两个磁盘，一般只是在那些对数据安全性要求不高的情况下才被使用。

  2. RAID 1 （又称为Mirror或Mirroring，镜像）RAID 1称为磁盘镜像

    把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，在不影响性能情况下最大限度的保证系统的可靠性和可修复性上，具有很高的数据冗余能力，但磁盘利用 率为50%，故成本最高，多用在保存关键性的重要数据的场合。RAID 1的操作方式是把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上。

  3. RAID 5 （可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案，但没有完全使用RAID 1镜像理念，而是使用了“奇偶校验信息”来作为数据恢复的方式）

  4. RAID10也被称为镜象阵列条带。

    象RAID0一样，数据跨磁盘抽取；象RAID1一样，每个磁盘都有一个镜象磁盘，所以RAID 10的另一种会说法是 RAID 0+1。RAID10提供100%的数据冗余，支持更大的卷尺寸，但价格也相对较高。对大多数只要求具有冗余度而不必考虑价格的应用来说，RAID10提 供最好的性能。使用RAID10，可以获得更好的可靠性，因为即使两个物理驱动器发生故障（每个阵列中一个），数据仍然可以得到保护。RAID10需要4 + 2*N 个磁盘驱动器（N >=0)， 而且只能使用其中一半(或更小, 如果磁盘大小不一)的磁盘用量, 例如 4 个 250G 的硬盘使用RAID10 阵列， 实际容量是 500G。

SSD

Ref

  1. 层次结构：http://blog.csdn.net/zhanghaodx082/article/details/12099161
  2. 存储管理：http://blog.csdn.net/wang379275614/article/details/13765599
  3. 虚拟地址：http://blog.csdn.net/minsophia/article/details/51910858
  4. TLB：http://baike.baidu.com/link?url=_pQvSGsdQWU4o1n5meMN8mffZDiH0d4GoY5FaywevDcwDGxkYntrbLXwBzIMOL7nac4hH6rtDeAootZlnvs_Oq
  5. RAID：http://blog.chinaunix.net/uid-639516-id-2692517.html

六、互联与I/O

七、多核计算系统

八、云计算机

九、下一代计算机