对于计算机从业者、高校学子或是技术爱好者而言，计算机体系结构是贯穿硬件设计与软件优化的“底层密码”。这份《计算机体系结构笔记》，并非简单的知识堆砌，而是以逻辑脉络为纲，拆解指令流、数据流的流转规律，剖析处理器、存储、互联架构的协同本质，为你搭建从理论到实践的认知桥梁。
计算机体系结构≠硬件设计图纸，它聚焦“程序员可见的系统属性”——指令集架构（ISA）的指令格式、寻址方式，存储系统的地址映射规则，乃至多核间的通信协议。这些抽象层的设计，决定了软件如何高效调用硬件资源。
冯·诺依曼架构的“存储程序”奠定根基，CISC与RISC指令集的博弈重塑效率，多核、众核架构突破单核性能瓶颈，异构计算（CPU+GPU+NPU）则适配AI等场景的算力需求。笔记中梳理每一代架构革新的技术动因与应用边界，明晰演进逻辑。
对比x86（复杂指令集）与ARM（精简指令集）的设计哲学：CISC追求“单指令多操作”的编程简洁，RISC以“流水线并行”换取硬件效率。笔记拆解指令编码、特权级划分（如ARM的异常等级），解析ISA如何影响编译器优化与程序执行效率。
5级流水线（取指、译码、执行、访存、写回）的时延隐藏逻辑，超标量处理器的“多发射”调度策略，以及分支预测（动态预测、静态预测）对流水线气泡的抑制——通过时序图与数学建模，量化分析架构设计对IPC（每时钟周期指令数）的提升路径。
寄存器→L1/L2/L3缓存→主存→磁盘→磁带，每一层的容量、时延、成本呈“金字塔”分布。笔记推导局部性原理（时间局部性、空间局部性）对缓存命中率的支配作用，解析直接映射、组相联、全相联映射的地址转换算法，量化Cache大小、块大小对性能的影响。
页表机制（分页、分段）如何扩展程序寻址空间？TLB（ Translation Lookaside Buffer）如何加速虚实地址转换？结合操作系统内存管理，拆解MMU（内存管理单元）的硬件逻辑，揭示“缺页异常”背后的体系结构支撑。
剖析PCIe、AMBA等总线协议的拓扑结构（如树形、环形）、传输带宽与仲裁机制，对比共享总线与点对点互联的性能差异。笔记中用“事务传输”视角，解析总线在CPU、GPU、外设间的数据交互逻辑。
MESI协议（修改、独占、共享、无效）如何维护多核缓存一致性？锁机制（如Test - and - Set指令）的硬件支持原理是什么？从对称多处理（SMP）到非对称多处理（AMP），拆解架构设计对并行程序性能的制约与突破路径。
掌握体系结构，绝非困于理论：在高性能计算中，可针对Cache局部性优化数组遍历顺序；在嵌入式开发里，能基于ISA特性裁剪指令集以降低功耗；在数据库内核中，可利用存储层次设计索引存储策略……笔记提炼典型场景的架构级优化思路，打通“知”与“行”的壁垒。
不同于教材的平铺直叙，它以“问题驱动”串联知识点：为何RISC - V近年爆发式增长？缓存替换算法（LRU、FIFO）的硬件实现难度在哪？每一个结论背后，都附逻辑推导与场景验证。从底层原理到工程实践，从架构演进到技术前沿（如存算一体、量子计算架构雏形），构建完整的知识网络，助你在计算机体系的迷宫中，找到“从0到1”的认知锚点。