1.1.3 你能从本书中学到什么

成功的程序员总是关注程序的性能，因为让用户快速获得结果对于软件的成功而言至关重要。20世纪六七十年代，限制计算机性能的主要因素是计算机的内存容量。因此，当时的程序员经常遵循一个简单的信条：尽量减少程序占用的内存空间以加速程序运行。近20年以来，计算机设计和存储器技术有了显著进步，除了嵌入式计算系统以外，大多数应用系统中内存容量对计算机性能的影响已大大降低了。

现在，关心性能的程序员应该非常明确，20世纪60年代的简单存储模型已经不复存在，现代计算机的特征是处理器的并行性和存储的层次性。我们将在第3章至第6章中展示如何将C程序的性能提高200倍，从而阐释这一理解的重要性。此外，正如我们在1.7节中所阐述的，当今程序员需要考虑在个人移动设备或云上程序运行的能效，这就要求他们了解代码之下的诸多细节。因此，为了创造有竞争力的软件，程序员必须加强对计算机组成的认知。

我们很荣幸有机会解释这个革命性的计算机器中的内容，并阐明程序之下的软件以及机箱覆盖下的硬件是如何工作的。在你读完这本书的时候，我们相信你能够回答以下问题：

• 用C或Java等高级语言编写的程序如何被翻译成机器语言，以及硬件如何执行最终的程序？这些概念是理解软硬件如何影响程序性能的基础。

• 软件和硬件之间的接口是什么？软件如何指导硬件执行所需的功能？这些概念对于理解如何编写软件是至关重要的。

• 什么因素决定了程序的性能，以及程序员如何改进程序性能？我们将从本书知道，这取决于原始程序、将该程序转换成计算机语言的软件以及硬件执行该程序的有效性。

• 硬件设计人员可以使用哪些技术来提高性能？本书将介绍现代计算机设计的基本概念。感兴趣的读者可以在我们的进阶教材《计算机体系结构：量化研究方法》中找到更多关于此主题的内容。

• 硬件设计人员可以使用哪些技术来改善能效？程序员可以做些什么来改变能效？

• 串行处理发展到并行处理的原因和结果是什么？本书给出了这一发展变化的动机，描述了当前支持并行的硬件机制，并评述了新一代“多核”微处理器（见第6章）。

多核微处理器：在单个集成电路中包含多个处理器（“核”）的微处理器。

• 自1951年第一台商用计算机诞生以来，计算机架构师提出的哪些伟大思想奠定了现代计算技术的基础？

如果不了解这些问题的答案，那么要在现代计算机上改进程序性能，或者要评估不同计算机解决特定问题的优劣，都将是一个复杂的反复试验过程而非一个深入分析的科学过程。

第1章为本书的其余章节奠定基础。其中介绍了基本概念和定义，对软件和硬件的主要组成部分进行了剖析，展示了如何评估性能和功耗，介绍了集成电路（推动计算机革命的技术），并在最后解释了技术向多核转变的原因。

在本章及后面的章节中，读者可能会看到很多新的术语，或者可能听到过但不确定确切含义的术语。请不要惊慌或担心！在描述现代计算机时，确实会使用许多专用术语，这使我们能够精确地描述计算机的功能或性能。此外，计算机设计师（包括本书作者）喜欢使用首字母缩略词，一旦知道这些字母代表的是什么，就很容易理解了。为了帮助读者记住和理解这些术语，在术语第一次出现的时候，本书将给出明确定义。经过与术语的短时间接触，你将会熟练掌握它们，而且你的朋友也将对你正确使用BIOS、CPU、DIMM、DRAM、PCIe、SATA等许多缩略词印象深刻。

首字母缩略词：通过提取一串单词的首字母构成的单词。例如：RAM是随机存取存储单元（Random Access Memory）的首字母缩略词，CPU是中央处理单元（Central Processing Unit）的首字母缩略词。

为了加强对程序运行时如何应用软件和硬件以影响性能的理解，我们安排了贯穿整书的专门模块“理解程序性能”，概括对程序性能的重要理解。下面就是第一个。

理解程序性能 程序的性能取决于以下各因素的组合：程序中所用算法的有效性，用来创建程序和将其翻译为机器指令的软件系统，计算机执行这些机器指令（可能包括输入/输出操作）时的有效性。下表总结了软件和硬件是如何影响程序性能的。