📔 Lecture01 Introduction and Basics 学习笔记

更新日期：2023.11.04

1. 课程目标

• 了解原理
• 了解先例

通过了解原理和先例，则可以完成一些目标：

• 可以评估不同设计和想法的权衡。
• 开发出原则性设计
• 开发出新颖、开箱即用的设计。

重点目标：

• 原理、先例以及如何将其用于新设计。

2. 体系结构的角色

• 向后看（回顾过去）

  • 了解权衡和设计、优点/缺点、过去的工作负载。分析和评价过去。

• 展望未来

  • 成为梦想家并创造出新的设计。聆听新需求。
  • 推动最先进的技术。评估新设计的选择。

• 向上看（分析堆栈中的问题）

  • 开发架构和想法来解决重要的问题。

• 向下看（器件/电路技术）

  • 预测和适应未来新的技术。

成为一个架构师并不容易。在这个过程中设计一个新系统时，需要考虑很多事情和想法，有良好洞察力和直觉。

一些技术的高性能系统的架构创新，才使得出现了现如今的系统设计。

3. 课程的重心

• CMU 18-213（CMU 15-213）

  • 程序员通过编程语言作为计算模型，思考计算机系统的工作原理。

• CMU 18-447

  • 架构师/微架构师的视角

    • 如何设计符合系统设计目标的计算机？

  • 课程重点：

    • 一个汇编语言是如何以数字逻辑的形式执行的？
    • 中间发生了什么？
    • 如何使用逻辑门和总线来设计计算机来满足特定的目标？

• CMU 18-240

  • 硬件设计者通过数字逻辑作为计算模型，重新思考计算机系统是如何工作？
  • 对于硬件设计来说，一定程度上会影响软件层面的工作。

4. 抽象的作用

• 转换的层次创造了抽象

  • 抽象：较高层级只需要知道与较低层级的接口，而不需要知道较低层级都是怎么实现的。
  • 例子：高级语言的程序员可以不知道任何关于体系结构的东西来编写程序，也无需去关注ISA是什么，以及计算机如何执行指令。

• 抽象可以提高生产力

  • 无需关注底层所做出的的决策。 例子：Java编程 和 C编程，C编程和汇编语言等。

透过抽象层来看，只要一切顺利，不知道底层（或者上层）发生了什么就不是问题。

那么对于一些问题的思考点需要关注

• 编写的程序运行缓慢？
• 编写的程序不能运行？
• 编写的程序消耗了太多的内存？
• 如果设计的硬件难编程如何处理？
• 设计的硬件太慢，是因为它本身没有为软件提供正确的原语？
• 如何设计一个效率高、性能更高的系统？

那么本课程的关键目标：

• 了解处理器如何在软件层下工作、以及硬件中的决策是如何影响软件/程序员？

• 能够通过在不同层级边界和系统组件之间做出设计和优化决策。

5. 阅读材料笔记

阅读笔记细节待更新。

5.1 如何进行论文/演讲评审？

• 简要总结

  • 论文想要解决的问题是什么？
  • 论文的核心思想是什么？关键的见解是什么？
  • 论文思想对当时学术的主要贡献是什么？
  • 从中获取到最重要的东西是什么？

• 优势（最重要的优点）

  • 论文是否很好地解决了问题？

• 缺点（最重要的缺点）

  • 这是你应该批判思考的点。每篇论文/想法都会有一个缺点
    • 论文不一定完全都是好的，有缺点的地方就是有改进空间的地方。也是未来可以研究的课题点。

• 思考自己是否可以做得更好？

  • 提出自己的想法

• 复盘总结

  • 学到了什么？
  • 喜欢什么？不喜欢什么？
  • 给出对应的理由。

• 阅读论文和评审时，要非常挑剔

• 总是去想用更好的方法去解决问题或者相关的问题。

5.2 论文：Memory Access Scheduling

5.2.1 介绍

• 现代计算机系统经常性会受到内存系统带宽的限制。

• 为了最大限度地提高内存带宽，现代DRAM组件允许内存访问的流水线化，提供了几个独立的内存库，并缓存内存中最近访问过的行。

• 现代DRAM并不是真正的随机访问设备（所有未知的访问时间相同），而是具有bank、row、column的三维存储设备。

  • 对同一个bank内不同行的顺序访问具有高延迟且不能流水线。
  • 对同一个row内不同bank的访问具有低延迟且可以流水线。

• 现在存储器期间的三维特性使得对存储器操作进行重新排序以利用DRAM的

5.2.2 现代DRAM架构

待更新