1946 年 2 月 15 日，世界上第一臺(tái)通用可編程電子計(jì)算機(jī) ENIAC 正式投入使用。
ENIAC 每秒可以進(jìn)行 5000 次基本算術(shù)運(yùn)算，比同時(shí)代的計(jì)算機(jī)器快 1000 倍。
但 ENIAC 采用的輸入進(jìn)制為十進(jìn)制，結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜。它使用了 1.8 萬(wàn)根電子管，占地 140 平方米，耗電量高達(dá) 150 千瓦。
2016年6月20日，德國(guó)法蘭克福國(guó)際超算大會(huì)（ISC）公布了新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500榜單，由中國(guó)國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制的“神威·太湖之光”奪冠。
“神威·太湖之光”是世界首臺(tái)運(yùn)行速度超十億億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其峰值性能達(dá)每秒 12.5 億億次、持續(xù)性能為每秒9.3億億次。
從ENIAC到“神威·太湖之光”的70年間，計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了難以想象的發(fā)展。
如今，一款價(jià)格500元左右的手機(jī)，性能秒殺1993 年世界上最快的的電腦（售價(jià) 5000 萬(wàn)美元）。這種快速發(fā)展既得益于計(jì)算機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，也得益于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。
縱觀計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史，技術(shù)一直在穩(wěn)步地提升，但體系結(jié)構(gòu)的革新相對(duì)具有一定的周期性。在電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世后的前 25 年，兩大支柱均貢獻(xiàn)巨大，使計(jì)算機(jī)性能每年大約提升 25%。
20 世紀(jì) 70 年代后期，微處理器問(wèn)世。依靠集成電路技術(shù)的進(jìn)步，微處理器更加快速地提升了計(jì)算機(jī)性能——每年大約提升 35%。
也就是說(shuō)，在過(guò)去的 50?年里，計(jì)算機(jī)性能的提升大多是通過(guò)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)的。
而體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的背后是摩爾定律、登納德縮放比例定律和Amdahl定律。但是隨著登納德縮放比例定律的終結(jié)，摩爾定律的影響放緩，我們將如何了解和學(xué)習(xí)這個(gè)領(lǐng)域，才能為未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展打好最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)？
在此，為大家推薦這個(gè)領(lǐng)域的奠基性作品《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：量化研究方法（第6版）》。

從1990年英文版第一版出版開(kāi)始，本書(shū)就是這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)最優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資料，到2017年年底，第6版英文版上市，兩位作者約翰? L.亨尼西（John L. Hennessy）和大衛(wèi)?A.帕特森（David A. Patterson）持續(xù)寫(xiě)作這本書(shū)已有27載。
期間，因“開(kāi)創(chuàng)了一種設(shè)計(jì)和評(píng)估計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)、定量的方法，對(duì)微處理器行業(yè)產(chǎn)生了持久的影響”，兩位榮獲2017年圖靈獎(jiǎng)，而這本書(shū)就是他們的代表作。
這是一個(gè)受到人們熱切關(guān)注的領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展很大程度上要靠體系結(jié)構(gòu)的革新，怎么形容其發(fā)展的重要性都不為過(guò)。
我們推薦所有程序員都讀讀這本《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：量化研究方法（第6版）》，認(rèn)識(shí)了體系結(jié)構(gòu)才算真正搞懂了計(jì)算機(jī)底層原理——未來(lái)體系結(jié)構(gòu)的革新要靠所有程序員一起努力。

詳盡、經(jīng)典、實(shí)戰(zhàn)

體系結(jié)構(gòu)奠基作品

本書(shū)主要討論促使計(jì)算機(jī)性能在 20 世紀(jì)取得飛速增長(zhǎng)的體系結(jié)構(gòu)思想和編譯器改進(jìn)，導(dǎo)致這些劇變的原因，以及 21 世紀(jì)體系結(jié)構(gòu)思想、編譯器和解釋器面臨的挑戰(zhàn)和富有前景的方法。
書(shū)中系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、流水線(xiàn)和指令集并行技術(shù)、層次化存儲(chǔ)系統(tǒng)與存儲(chǔ)設(shè)備、互連網(wǎng)絡(luò)以及多處理器系統(tǒng)等重要內(nèi)容。
另外，本書(shū)對(duì)近些年火熱的云計(jì)算、手機(jī)客戶(hù)端技術(shù)、人工智能等相關(guān)內(nèi)容也有涉獵。

近距離審視組成和硬件

改變?nèi)藗儗W(xué)習(xí)和研究的方式

十幾年前，“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”僅僅指代指令集設(shè)計(jì)，其他方面的設(shè)計(jì)就算作“實(shí)現(xiàn)”，隱含之意就是，實(shí)現(xiàn)方式不太重要……
但本書(shū)認(rèn)為，真正的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是：設(shè)計(jì)滿(mǎn)足目標(biāo)和功能需求的組成和硬件。其中“組成”包括存儲(chǔ)器系統(tǒng)、存儲(chǔ)器互連、內(nèi)部處理器或CPU的設(shè)計(jì)等。硬件是指計(jì)算機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)，包括計(jì)算機(jī)的詳盡邏輯設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)。

對(duì)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行分析

揭開(kāi)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的神秘面紗

本書(shū)的核心是采用同樣的量化方法對(duì)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行分析，這種方法采用的工具包括：程序的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)和模擬。
通過(guò)強(qiáng)調(diào)成本、性能和能耗之間的權(quán)衡以及優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)，闡述那些為未來(lái)技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)的基本原理。上述量化方法對(duì)過(guò)去的隱式并行計(jì)算機(jī)是有效的，我們相信它對(duì)未來(lái)的計(jì)算機(jī)同樣有效。

重要概念沒(méi)有時(shí)效性

但此時(shí)第?6 版再及時(shí)不過(guò)

體系結(jié)構(gòu)利用摩爾定律和登納德縮放比例定律，構(gòu)建規(guī)模更大、并行程度更高的系統(tǒng)。
而摩爾定律近來(lái)因?yàn)槲锢硐拗坪徒?jīng)濟(jì)因素的共同影響而放緩，登納德縮放比例定律于 10?年前終結(jié)，這對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的影響，與由單核到多核的轉(zhuǎn)變一樣深遠(yuǎn)。
本書(shū)第 6 版全面更新，給出了最新的技術(shù)發(fā)展、成本、示例和參考資料，同時(shí)為了跟上開(kāi)源體系結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展，書(shū)中使用的指令集體系結(jié)構(gòu)更新為RISC-V。

新增專(zhuān)用體系結(jié)構(gòu)

預(yù)言體系結(jié)構(gòu)的“重生”

人們?cè)缇椭?，與通用處理器實(shí)現(xiàn)方案相比，定制的領(lǐng)域?qū)Ｓ皿w系結(jié)構(gòu)可以擁有更高的性能、更低的功耗，并且需要更少的硅面積。
但在過(guò)去，通用處理器的單線(xiàn)程性能每年提升 40%，而與采用最先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)微處理器相比，開(kāi)發(fā)定制體系結(jié)構(gòu)顯然需要更多的時(shí)間才能上市，從而使定制體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)喪失殆盡。

而現(xiàn)在，單核處理器的性能提升速度已經(jīng)非常緩慢，這也就是說(shuō)，定制體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間里都不會(huì)因通用處理器而變得過(guò)時(shí)，甚至永遠(yuǎn)不會(huì)過(guò)時(shí)。本書(shū)用一整章來(lái)介紹幾種領(lǐng)域的專(zhuān)用體系結(jié)構(gòu)，并提供了實(shí)現(xiàn)示例。

久負(fù)盛名的權(quán)威著作全面升級(jí)

傳承經(jīng)典、更新更全

專(zhuān)業(yè)書(shū)評(píng)

“第 6 版進(jìn)行了詳細(xì)更新，給出了新技術(shù)的發(fā)展情況和參考資料。為了跟上開(kāi)源體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，書(shū)中將指令集體系結(jié)構(gòu)更新為RISC-V。”
——Norman P. JouppiMIPS 架構(gòu)師、Google工程師
“我非常喜歡這本書(shū)，因?yàn)樗枪こ處煂?xiě)給工程師的。亨尼西和帕特森展示了數(shù)學(xué)的局限性和材料科學(xué)的可能性，并借助真實(shí)例子指導(dǎo)架構(gòu)師通過(guò)分析、度量和折中來(lái)構(gòu)建工作系統(tǒng)。新增的第 7 章‘領(lǐng)域?qū)Ｓ皿w系結(jié)構(gòu)’介紹了許多頗有前景的方法，并預(yù)言了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的‘重生’。”
——Cliff YoungTPU聯(lián)合設(shè)計(jì)者Google工程師
“《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：量化研究方法》是一部經(jīng)典著作，猶如美酒，歷久彌醇。我在本科畢業(yè)時(shí)第一次購(gòu)買(mǎi)了這本書(shū)，現(xiàn)在它仍然是我經(jīng)常參考的圖書(shū)之一。”
——James HamiltonAmazon高級(jí)副總裁兼杰出工程師
“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)一直在快速發(fā)展，而《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：量化研究方法》緊跟它的步伐，每一版都與時(shí)俱進(jìn)，準(zhǔn)確地解釋和分析了這一領(lǐng)域激動(dòng)人心的新思想。”
——James Larus瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院教授、計(jì)算機(jī)和通信科學(xué)系主任前微軟研究院首席研究員

適合人群

本書(shū)既可作為高等院校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)本科生或研究生教材，也可作為從事計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

作者介紹

約翰·L. 亨尼西和大衛(wèi)·A. 帕特森因“開(kāi)創(chuàng)了一種設(shè)計(jì)和評(píng)估計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)、定量的方法，對(duì)微處理器行業(yè)產(chǎn)生了持久的影響”而榮獲?2017?年圖靈獎(jiǎng)。本書(shū)是他們的代表性成就之一。

?

除了圖靈獎(jiǎng)，兩位還共同獲得了美國(guó)工程界最高榮譽(yù)德雷珀獎(jiǎng)、IEEE計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最高榮譽(yù)馮·諾伊曼獎(jiǎng)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域最高榮譽(yù)Eckert-Mauchly獎(jiǎng)。

?

兩位作者都當(dāng)選了美國(guó)國(guó)家科學(xué)院和工程院院士，也是ACM和IEEE的會(huì)士。

約翰·L. 亨尼西

（John L. Hennessy）

計(jì)算機(jī)科學(xué)家、斯坦福大學(xué)教授。

1981 年，領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)發(fā)了最早的RISC項(xiàng)目之一MIPS，并創(chuàng)辦企業(yè)將產(chǎn)品商業(yè)化，后來(lái)公司以 3.33 億美元被并購(gòu)。

2000?年~ 2016 年，擔(dān)任斯坦福大學(xué)第十任校長(zhǎng)，期間為學(xué)校籌集 130?億美元。

2018 年，開(kāi)始擔(dān)任Google母公司Alphabet董事長(zhǎng)。

曾擔(dān)任Google、思科等公司董事會(huì)成員，因?qū)?chuàng)業(yè)圈的貢獻(xiàn)而被稱(chēng)為“硅谷教父”。

大衛(wèi)·A. 帕特森

（David A. Patterson）

計(jì)算機(jī)科學(xué)家、加州大學(xué)伯克利分校教授，曾任計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任。

先后領(lǐng)導(dǎo)了RISC I（1980）、RAID（1987）和RISC-V（2010）開(kāi)源體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)，以上項(xiàng)目均對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)而廣泛的影響。

2016 年，加入Google Brain，成為Google杰出工程師。

致謝審讀者

作為領(lǐng)域經(jīng)典，本書(shū)的翻譯難度非常之大。在此，感謝在第 6 版中文版出版過(guò)程中承擔(dān)技術(shù)審校工作的唐憶濱老師和唐杉老師。感謝在本書(shū)公開(kāi)審讀活動(dòng)中對(duì)譯文提出寶貴建議的各位審讀專(zhuān)家（專(zhuān)家列表如下）。

過(guò)去與我們結(jié)伴的老讀者，以及新朋友，一起結(jié)伴同行吧！