计算机组成原理 （二） 计算机硬件设计思想及软件

我们先宏观上看一下计算系统的设计全貌。

计算机系统的设计中的抽象分层

自顶向下分别是：
应用层
操作系统层
硬件驱动层
硬件层

软件设计分层

产品架构—概念层次
架构师–逻辑层
码农–物理层

硬件设计原则

1.简单来源于规整
2.越小越快
3.优秀的设计需要折中的方案。

硬件设计思想

1.使用抽象简化设计：使用抽象用来表示不同的设计层次，高层次的看不见低层次的细节，只能看见一个简化的模型。

2.加速大概率事件：是优先关注那些对系统性能影响最大的操作或组件，并对其进行优化。通过集中资源和精力在这些关键点上，我们可以更有效地提升系统的整体性能和效率。

3.通过并行来提高性能

4.通过流水线来提高性能：流水线（Pipeline）是一种经典的并行处理技术，它将一个复杂的计算任务拆
分成多个连续且相对独立的阶段，并让这些阶段像工厂流水线一样依次执行。

5.通过预测来提高性能：预测技术通过预测未来的指令或数据，提前进行预取和预处理，从而减少等待时间和提高处理速度。
有
a.指令预测：在执行当前指令的情况下，去预测下一个要执行的指令，基于之前的经验为下一个指令作些准备，如提前把它放入cache或寄存器.
b.分支预测:类似if（条件）else 提前预测这个条件到底满足或不满足
c.缓存预测：经常用的提前放入缓存中。
6.存储器层次结构：旨在解决不同存储器设备在速度、容量和价格之间的矛盾。这种层次结构通过将不同类型的存储器按照其特性和成本效益组织成多个层次，从而实现了高效的数据访问和管理。

7.通过冗余提高可靠性：是通过增加额外的硬件组件来提高系统的可靠性和容错能力。

存储程序思想（冯诺依曼机）

必须将实现编好的程序和原始数据送入主存中才能被启动执行。
计算机能在不需要操作人员干预下自动完成逐条取出指令并执行任务。