[Computer architecture] 1.2 Eight Great Ideas in Computer Architecture

컴퓨터 설계가 발명해온 컴퓨터 구조의 8가지 아이디어.

Design for Moore's law

무어의 법칙 : 반도체 집적회로의 성능이 18~24개월 마다 두배로 증가한다.
Intel의 공동 창립자인 Gordon Moore가 주장한 법칙이다.
무어의 법칙의 3가지 조건
1. 반도체 메모리칩의 성능 즉, 메모리의 용량이나 CPU의 속도가 18~24개월마다 2배씩 향상된다는 기술 개발 속도에 관한 법칙이다.
2. 컴퓨팅 성능은 2배씩 향상된다.
3. cost는 반으로 떨어진다.

컴퓨터 설계에는 수 년이 걸리기 때문에 향상되는 집적회로의 성능을 고려하는 설계를 해야 한다.

Use Abstraction to Simplitfy Design

무어의 법칙에 따른 집적회로의 성능의 향상에 의해 설계 시간또한 길어지게 되는데 이를 방지하기 위해 새로운 기술인 추상화를 사용한다. 이는 하위 수준의 디테일을 보이지않게 해 상위 수준의 모델을 단순화하는 설계 기술이다.

Make the Common Case Fast

드물게 발생하는 case를 최적화하는것 보다 자주 발생하는 case를 단순화하는 것이 성능의 향상에 도움이된다. 아이러니하게도 후자의 방법이 전자보다 실행하기가 쉽다.

Performance via Parallelism

설계자들은 작업을 병렬적으로 수행하여 성능을 높이는 설계를 했다. 하나의 일을 처리하고 다음의 일을 처리하는 방식보다 하나의 일을 처리하는 동시에 다른일을 함께 처리하는 병렬처리의 방식을 통해 성능의 혁신적인 발전을 해왔다.

Performance via Pipelining

컴퓨터 구조에서 흔하게 볼 수 있는 병렬성의 한 형태. 예를들어 불을 끄기 위해 양동이로 물을 나르는 것을 생각해보면 한명 한명이 왔다갔다 하는 것 보다 길게 늘어서서 전달하는 형태가 더 빠르다.

Performance via Prediction

예측을 통해 성능을 높이는 설계 방법. 몇몇 case에서는 예측을 실패했을 때 복구하는 비용이 크지 않고 예측이 상대적으로 정확하다고 가정했을 때 확실하게 준비를 마치고 시작하는 것 보다 예측하고 일을 우선 시작하는것이 더 빠르다.

Hierarchy of Memories

최근 컴퓨터의 cost의 가장 주요한 요소는 memory의 cost이다. 이를 해결하기 위해 hierarchy of Memories을 사용해 빠르고 작고 가장 비싼 memory를 top에 위치시키고, 느리고 크고 가장 싼 memory를 bottom에 위치시키는 형태로 memory를 설계한다. 캐시 메모리를 사용하면 프로그래머에게 최상위 계층만큼 빠르고 최하위 계층만큼 크면서 저렴한 메인 메모리가 있는것 처럼 보이게 한다.

Dependability via Redundancy

컴퓨터는 빠르기와 함께 신뢰할 수 있어야 한다. 문제 소자를 대체할 수 있는 여유분을 포함시키는 설계를 통해 신뢰도를 개선한다.

Reference

[1] D. Patterson and J. Hennessy, ⌜Computer Organization and Design, 5th Edition⌟ , chapter 1