計算機體系結構綜述

1、體系結構高性能的追求體系結構高性能的追求計算機體系結構是選擇并相互連接硬件組件的一門科學和藝術，在人們不斷探索研究的過程中，一直在追求計算機的功能、性能、功率以及花費的高度協調，以期達到各方面的最佳狀態，在花費、能量、可用性的抑制下，實現計算機的多功能、高性能、低功率、少花費的一個新時代。根據當前體系結構的發展現狀，要實現以上全部要求的一臺計算機，還存在著諸多的限制條件，包括邏輯上的以及硬件上的。本篇綜述針對2008年的ISCA會議上的

2、幾篇論文，經過仔細研讀，深刻剖析，這些文章將現在計算機體系結構發展遇到的各種瓶頸列出，并給出了相關的意見及可行的解決方案。計算機的體系結構范圍很廣，定義也很寬泛，它包含了指令集的設計、組織、硬件與軟件的邊界問題等等，同時涉及了應用程序、技術、并行性、編程語言、接口、編譯、操作系統等很多方面。作為各項技術發展的中心，體系結構一直在不斷地朝前發展?？v觀計算機體系結構一路發展的歷史，從60年代中期以前，最早的體系結構發展的早期時代，計算機系統

3、的硬件發展很快，通用硬件已經很普遍，但是軟件的發展卻很滯后，剛剛起步，還沒有通用軟件的概念。從60年代中期到70年代中期，體系結構有了很大進步。多道程序、多用戶系統引入了人機交互的新概念，開創了計算機應用的新境界，使硬件和軟件的配合上了一個新的層次，但是此時的軟件由于個體化特性很難維護，出現了“軟件危機”。從20世紀70年代中期開始，分布式系統開始出現并流行，極大地增加了系統的復雜性，出現了微處理器并獲得了廣泛應用。如今計算機的體系結構

4、發展已經進入了第四代，硬件和軟件得到了極大的綜合利用，迅速地從集中的主機環境轉變成分布的客戶機／服務器(或瀏覽器／服務器)環境，新的技術不斷涌現出來。盡管如此，計算機在總體上、功能上需要解決的問題仍然存在。隨著RISC技術、Cache等創新技術的發展，不僅僅在專業領域，越來越多的PC機也在向此靠攏。在每一次進步與創新的同時使組件的成本降到最低成為最需要考慮的問題。此次會議上發表的幾篇論文，分別從以下幾個方面對計算機體系結構的發展與改進進

5、行了探究。一、新一代服務器的發展一、新一代服務器的發展在《UnderstingDesigningNewServerArchitecturesfEmergingWarehouseComputingEnvironments》一文中，提出了一個改善服務器性能的方案。這篇論文旨在試圖理解和為新興的“倉庫計算”環境設計下一代服務器。文中有兩個主要其他線程的由于邊界、總線、行緩沖器沖突的請求，而且還會破壞其他線程動態隨機存儲器邊界層的并行性。請求那

6、些存在潛在因素否則被重疊能夠有效地序列化。由于公平性和系統工作量的下降，一些線程的掃描需要很長的一段時間。這篇論文從根本上提出了一個設計動態隨機存儲器控制器的新方法，為線程提供了服務質量，同時也改善了系統的工作量。文中的并行意識分批處理時序（PARBS）基于兩個關鍵的觀點。首先，PARBS分批地處理DRAM請求來提供公平并且避免請求的餓死。其次，優化系統工作量，PARBS采用并行意識DRAM時序安排策略，目標在于處理來自一個在DRAM邊

7、界的并行線程的請求，從而通過線程減少內存關聯，拖延時間經驗。PARBS無縫地包含了對系統級線程優先級的支持，并且能夠對不同優先級的線程提供不同的服務層，包括純粹投機的服務。我們評價涉及PARBS的設計權衡，并且在4、8、16核系統上把它與4個以前提出的DRAM調度程序設計比較。文中評估顯示，平均每4核超過100的工作量，PARBS改善了1.11X的公平性，而且系統通過與以前最好的時序、延時公平內存時序安排（STFM）技術比較改善了8.3

8、%?；诤唵蔚膬炏却涡蛞巹t請求，PARBS比實施STFM更簡單。文中提出了一個叫做并行意識分批處理時序（PARBS）的方法，這是一種設計動態隨機存儲器控制器的新方法，通過分批處理請求以及優化系統工作量，為線程提供服務質量，同時也改善了系統的工作量。再一次利用并行的方法，處理并行的線程請求，可以看做在上一文的基礎之上，對處理器做了進一步的優化，從存儲器的方面來并行處線程，既節省了內存空間，又不影響程序運行的并行性。四、內嵌磁盤并行性四、內

9、嵌磁盤并行性《IntradiskParallelism:AnIdeaWhoseTimeHasCome》一文中，服務器存儲系統使用大量的磁盤來實現高性能，因此消耗大量的能量。在這篇論文中，我們建議由這樣的存儲系統通過內嵌磁盤并行性顯著地減少能量，在IO請求流中磁盤驅動器能夠開發并行性。內嵌磁盤并行性能夠幫助一個大的磁盤陣列替換一個較小的，用滿足容量需求的磁盤最小數目。我們展示了內嵌磁盤并行性的設計空間很大，而且呈現了用這樣的空間來規劃特定