History · Ideas Over Dates

组成与体系结构
发展史

下面按阶段写公开可核对的主线。精确到年的只写有共识的节点；其余写年代。思想线索比年表更重要：程序如何进存储器，ISA 如何变成契约，频率走到墙之后设计往哪摆。

存储程序

指令和数据以同样的二进制放进主存，按地址取指。这是冯·诺依曼叙事的核心，不是「五个箱子」本身。

ISA 是契约

指令集把软件看见的状态与硬件实现分开。同一套体系结构可以有多代实现，System/360 把这件事做成了产品策略。

量化与回摆

用 IC、CPI、时钟比较设计。频率墙之后，通用核变多，专用加速器回来——不是「摩尔定律失效」一句话能概括的。

19c–1940s

机械、电子管、存储程序

查尔斯·巴贝奇在 19 世纪设计差分机与分析机，提出可编程计算的机械方案，当时没有按设计完整造出来。20 世纪 40 年代出现大型电子数字计算机。

ENIAC 在宾夕法尼亚大学研制，1945 年底完成、1946 年公开演示：电子管、十进制、最初靠插线与开关改程序，不是后来教材里的存储程序机。

1945 年的 EDVAC 报告草稿把「指令与数据同存」写成可讨论的设计。1948 年曼彻斯特 Baby 跑通存储程序；1949 年剑桥 EDSAC 投入使用。这些是「程序进主存」进入工程的共识节点。

「冯·诺依曼结构」常被用来称呼存储程序机，报告署名与 Eckert、Mauchly、Turing 等人的贡献在史学上有争论。本课要掌握的是机制：按地址取指，而不是争冠名权。

1950s–60s

晶体管在 1940 年代末于贝尔实验室出现，1950 年代进入计算机；集成电路在 1950 年代末由基尔比、诺伊斯等人分别实现。晶体管与集成电路推动部件小型化，使部分计算机由房间级设备向机柜级缩小。

IBM 在 1964 年宣布 System/360：把「体系结构」（程序员看见的指令与状态）和具体实现分开，使同一软件能在不同档次的机器上跑。Amdahl、Blaauw、Brooks 等人的论述被后来教材当作 ISA 契约的经典来源。

戈登·摩尔 1965 年撰文描述芯片上晶体管数量的指数增长。后来业界常按大约两年翻一番来规划，这是经验观察与产业节奏，不是物理定律。

1971–1980s

Intel 4004 于 1971 年作为商用微处理器出现。8086 于 1978 年发布；IBM PC 在 1981 年采用其 8 位外部总线版本 8088，把 x86 带进个人电脑。

1970 年代 IBM 内部的 801 研究、1980 年代加州大学伯克利的 RISC 项目、斯坦福的 MIPS，把「少而规则的指令、Load/Store、硬布线更常见」做成可发表的设计路线。Acorn 在 1980 年代中期做出 ARM 的前身。这些是特征聚类，不是「RISC 一定更快」的证明。

CISC 与 RISC 的商业胜负不能从课堂定义直接推出来。x86 用兼容性保住软件；ARM 用授权模式铺进移动。机制课写特征，产业课写格局，两边不要互相发明因果。

1990s–2000s

1990 年代到 21 世纪初，桌面处理器主频快速上升，流水线更深、推测执行更激进。Pentium 于 1993 年发布，是这条路上的一个公开产品节点。

大约 2004–2006 年，主频路线明显减速：功耗、漏电和设计复杂度让「再拉高 GHz」不再划算。此后通用处理器转向多核、更大 Cache、更重视每瓦性能。这是设计约束的转移，不是「流水线被淘汰」。

流水线、超标量、多核解决的是不同瓶颈。五级教学流水线仍然解释冒险；多核共享缓存时要分清三层：按地址的 coherence、跨地址的 consistency、程序层同步——三层不能互相替代，也不能把同步只归给操作系统课。

2000s–

NVIDIA 于 2006 年公布 CUDA，为已具备可编程执行能力的 GPU 提供通用并行编程模型，推动 GPGPU 应用发展。移动端则由 ARM 授权的 SoC 成为智能手机的常规骨架。苹果在 2020 年发布 M1，把自研 ARM 核放进个人电脑产品线——这是公开产品节点，不是份额判决。

RISC-V 在 2010 年代于伯克利起步，后来成立基金会，把指令集写成可免费实施的开放规范。它提供又一条 ISA 契约，并不自动消灭 x86 或 ARM。

2010 年代中期以后，云厂商与芯片公司公开了多种训练/推理加速器（如 Google 2016 年公布的 TPU）。GPU 面向高吞吐并行计算；专用加速器针对特定工作负载定制计算单元、数据通路与存储层次，通常以降低通用性换取能效。不要把它读成新的处理机调度算法。