在過去的20年裡，risc技術不斷發展，逐漸取代c1sc成為工作站和伺服器的主流技術。risc計算機以超標量、流水線、亂序執行、預取指令/資料、分支**和指令取消等硬體技術和相應的基於編譯器的優化技術為核心，利用指令級並行，在高階工作站和伺服器領域佔據了絕對的統治地位。
60多年來，馮·諾伊曼體系結構為世界眾多的科學家精心地構造，從而創造了今天的計算機世界。馮·諾伊曼的偉大發明，其核心有三點：二進位制；儲存模型；乙個時刻只有乙個操作的序列機制。
雖然在計算機界，眾多的國家專家在研究多值理論，但至今幾乎沒有突破二進位制的體系。人們利用了很多儲存管理的軟體技術和方法，力圖將一維的儲存模型改為二維的，但仍然沒有逃出馮氏儲存模型和暫存器儲存的結構，使得在序列機制上進行新的突破將十分困難。主要表現在：
因為馮·諾伊曼體系結構本質包括序列性、順序性的控制機理。對資料相關和資源的控制和仲裁均是人為決定。因此構成了時間和空間的極大開銷，造成馮氏資料流的擁塞，即為大家熟知的馮·諾伊曼瓶頸問題。
演算法的制約，馮氏體系的很大貢獻在於將所有應用問題建立在四則運算和邏輯運算的組合演算法，並以暫存器為基本模型的儲存體系上，但它在基本操作控制上仍是一種序列機制，不具備構造乙個並行演算法的基礎。在序列的模型上去建立並行演算法，必定會帶來本質的困難和效率的損失。
儲存模型的制約，儲存模型在馮·諾伊曼體系結構當中是一種被動式的訪問機制，不能真正體現人類在並行操作行為中經常反映的無破壞性操作和平等互動賦值執行的需求，因此馮·諾伊曼的儲存模型結構僅能在執行時以空間為代價進行複製或以時間為代價進行選擇來替代這種制約。當前，計算機求解一般過程如圖1所示，而以上三大制約的存在，嚴重阻礙了計算機的處理速度及資訊處理能力。
計算機在求解時，經過時間往往多於求解時間幾個數量級，如果以上三大制約瓶頸消除了，我們就可用更簡捷的方式求解同樣規模的問題，也就是在較短時間或較少空間內求解，最大發揮計算機的潛力。然而，現有計算機體系結構，無論是cisc體系還是risc體系，它們本質上都屬於馮·諾伊曼體系結構範疇，只是在指令介面的特徵上有所區別而已，難以消除以上制約，因此它們的固有缺陷再所難免。
計算機體系結構的研究重點：
對並行體系結構的研究。眾所周知，在計算機領域中，並行是實現計算能力突破的根本手段。由於與並行體系結構相對的是當前使用的序列結構，序列結構上的效率提公升始終不是無限制的，而在嵌入式領域中，專用的並行結構在當前的技術條件下提公升效能和功耗效率已經達到10-1000倍。
所以，現在不少商業通用處理器在生產上已經傾向於轉向多處理器體系結構，或者cmp，或者**t，或者二者兼而有之，而不是僅僅只試圖提高單一處理器的ipc，這是乙個很大的轉變。
然而，並行應用程式的開發是乙個緩慢而且費心的過程。只有那些有巨大的計算需求或者有嚴格的預算和功耗限制的人才會去開發。雖然目前很多關於並行編譯器和軟體開發工具的研究會對設計可用的並行系統有益，但是只有為並行軟體設計出更好的並行系統，才是關鍵所在。
一些早期的研究為新的並行體系結構作了嘗試。原始的資料流結構由於只關注並行而忽略區域性性和可**性而最終導致失敗，但它確實又提供了乙個真實的並行結構例子。後來人們又在資料流的思想上進行了區域性性方面的研究，但這方面的工作進行的還遠遠不夠。
像資料流、快取及前瞻技術的各種組合都值得深入研究。
對功耗敏感的體系結構進行研究。假如計算機效能和容量能夠以過去的速度繼續增長，對於功耗敏感的體系結構的研究是十分重要的。對於功耗敏感的體系結構，靜態和動態功耗方面的考慮已成為處理器設計過程中最大的限制。
儘管計算機工作者對於「動態可調整結構」的研究進行了很多的工作，但他們取得的效能收益正逐漸遞減，並且它的複雜性使其難以應用到系統的大部分部件中去。由於它是以指數級形式上公升的，設計先進體系結構和嵌入式應用要時刻考慮功耗問題，這是很重要的。並且功耗問題和可靠性問題之間的關係非常密切，一定要一同考慮。
設計能夠高效開發顯示並行的結構。新結構效能的提公升主要**於開發更多的並行，因為流水線深度和時鐘速率有侷限性。顯示並行的方法能夠用於提高那些易提取並行性**的效能。
這方面存在很多的挑戰，例如：確定片上該整合何種機制能夠提高這部分**的可擴充套件性：確定cmp中pe的最佳粒度：
要擴大那些能夠有效地執行在並行結構上的**型別；找到有效的方法來消除引腳介面的瓶頸。目前引腳介面的瓶頸已經成為影響效能的一大因素，因為引腳數增長的速度要遠遠小於片上可整合的電晶體數目增長的速度。
開發隱式並行的大指令視窗的體系結構。開發單線索**中的隱式並行方面的研究也十分重要。目前的體系結構可開發的隱式並行與**中存在的隱式並行相差有1-2個數量級。
這方面的研究之所以重要是因為：
第一，絕大多數**無法顯示並行化。
第二，體系結構時鐘速率方面的限制也強迫我們必須轉向開發更多的並行。這些研究領域不能被分割開，在最好的情況下，不是將各種研究機制複雜地組合在一起，而是應該研究出一種從根本上，簡潔的底層機制一次性解決上述問題。
計算機系統結構的研究現狀
電腦科學與技術是一門實用性很強 發展極其迅速的面向廣大社會的技術學科，它建立在數學 電子學 特別是微電子學 磁學 光學 精密機械等多門學科的基礎之上。但是，它並不是簡單地應用某些學科的知識，而是經過高度綜合形成一整套有關資訊表示 變換 儲存 處理 控制和利用的理論 方法和技術。電腦科學是研究計算機及...
計算機系統結構試題
姓名學號 一 名詞解釋 每題3分，共15分 1.系列機 3.2 1cache經驗規則 2.強制性失效 4.指令級並行 二 試從目的 技術途徑 組成 分工方式 工作方式等5個方面對同構型多處理機和異構型多處理機做一比較 列表 10分 三 有哪幾種向量處理方式？它們對向量處理機的結構要求有何不同？6分 ...
計算機系統結構的面臨問題
1 二進位制 2 儲存模型 3 乙個時刻只有乙個操作的序列機制。雖然在計算機界，眾多的國家和科研機構 著名的專家在研究多值理論，但至今沒有突破二進位制的體系。人們利用了很多儲存管理的軟體技術和方法，力圖將一維的儲存模型改為二維的，但仍然沒有逃出馮氏儲存模型，沒有逃脫儲存的本質是暫存器的結構。但問題在...