Коротко: развитие вычислительной техники до $1980$-х сформировало аппаратно-программные принципы, которые определяют современную архитектуру — многие идеи того периода остаются базовыми и по‑ныне.
Ключевые влияния и сохраняющиеся идеи:
- Хранение программы и разделение уровней (фон Нейман, около $1945$). Идея единой памяти для кода и данных и разделение ISA (инструкционный набор) от микроархитектуры остаётся фундаментом.
- Стандартизация ISA и совместимость (IBM System/$360$, $1964$). Практика поддерживать обратную совместимость и уровень ISA как контракт между HW и SW актуальна и сейчас.
- Память и иерархия хранения: виртуальная память, страничная адресация, TLB и кеширование (концепции развивались в $1960$-$1970$-х). Понятие иерархии «кеш—оперативка—внешняя память» остаётся центральным; эффективное время доступа описывается, например, как
$$EAT=h\cdot t_c+(1-h)\cdot t_m,$$ где $h$ — вероятность попадания в кеш, $t_c$ — время доступа к кешу, $t_m$ — ко второму уровню.
- Конвейеризация и управление параллелизмом на уровне инструкции. Конвейеры, контроль ветвлений и предсказание ветвлений — основные приёмы повышения производительности.
- Динамическое планирование и переименование регистров (Tomasulo, $1967$). Методы динамической переупорядоченности инструкций и борьбы за ресурсы используются и в современных процессорах.
- Возникновение идей RISC ($1970$-е): простые регулярные инструкции, ориентированные на оптимизацию компиляторов. Современные процессоры — комбинация RISC‑идей и сложных микроархитектур.
- Микропрограммирование и разделение уровней реализации: идея, что сложный ISA можно реализовать через микрокод, осталась релевантной для CISC‑ядер; RISC же стремится к «тонкой» аппаратной реализации.
- Временное разделение и виртуализация (time‑sharing, Multics и др.). Концепции многозадачности, защиты процессов и виртуальных машин — основа современных ОС и облачных технологий.
- Закон Мура и влияние интеграции: рост плотности транзисторов (двойное увеличение примерно каждые $\sim 18\text{–}24$ месяцев) привёл к микропроцессорам ($Intel4004$, $1971$) и массовой интеграции — это изменило экономику и масштабирование архитектур.
- Принципы оценки производительности и ограничений параллелизма (Amdahl): при доле программы $P$, ускорение на $N$ процессах описывается как
$$S(N)=\frac{1}{(1-P)+\frac{P}{N}}.$$ Это ограничение по‑прежнему важно при проектировании многопроцессорных систем.
Что изменилось, но корни — те же:
- Сдвиг от роста тактовой частоты к многопроцессорности и энергоэффективности — ответ на физические пределы роста интеграции.
- Архитектуры стали сложнее (спекулятивное выполнение, out‑of‑order, многоуровневые кеши), но базовые идеи (ISA, иерархия памяти, конвейеры, виртуализация, оценка производительности) — прямое продолжение работ до $1980$-х.
Вывод: современные архитектуры — эволюция принципов, разработанных до $1980$-х: хранение программ, ISA vs микроархитектура, иерархия памяти, конвейеризация, динамическое планирование, виртуализация и принципы оценки производительности остаются основой.