1.簡介

早期的計算機較現在更簡單。計算機系統的元件例如CPU，記憶體，硬碟，網路介面同時發展起來，結果就是他們在效能上很平衡。例如在資料傳輸速度上，記憶體網絡卡cpu相差不多。

但是，當計算機系統的整個結構確定後，每個子部件的發展速度就各不相同了。例如 CPU發展非常快，但是記憶體和硬碟由於很多原因發展很慢。於是，記憶體，硬碟等成為了計算機效能發展的瓶頸。這些瓶頸，我們通過軟體技術，例如OS來彌補。例如，儲存系統較CPU還是非常慢，我們通過資料快取（把硬碟中的資料快取導RAM中）來緩解高速和低速間的不平衡。

對於資料儲存和訪問，有下面幾個措施來改善：

• RAM硬體的設計
• 記憶體控制器設計
• cpu快取區
• 外設DMA

本文件只對CPU緩衝區和記憶體控制器做介紹，並且僅侷限於LINUX的。

2.計算機系統架構

宣告：這裡只對商用型別做介紹，專用的不在談論範圍內。

歷來，個人PC通常由兩部分組成：
{北橋南橋$$\{\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{北橋}}{\text{南橋}}$$
最開始的計算機架構：

所有的CPU通過匯流排與北橋連線，北橋包括記憶體控制器，對於不同的RAM，例如SRAM，DRAM，SDRAM，需要不同的記憶體控制器。
為了與其他裝置通訊，南橋和上面的北橋連線。南橋充當輸入/輸出的橋，通過各種不同的匯流排協議（USB，SATA，PCI等）與外部裝置通訊。
這裡有以下結論：

• 多CPU必須經北橋進行通訊
• 與RAM通訊必須經北橋
• RAM只有一個通道（文件年代久遠，現在有DDR3,DDR4）
• 與南橋相連的裝置若想同CPU通訊，必須經北橋

對於上圖的設計，存在兩個瓶頸：
（1）裝置訪問RAM要經過CPU，這樣效能差。於是提出DMA（directly data access ），裝置直接經過北橋訪問記憶體，不經過CPU。這樣減少了CPU的負載，但同時北橋的頻寬被佔用了，於是出現瓶頸（2）。
（2）早期RAM只有一個通道（現在有多通道了，DDR3,DDR4），頻寬有限，高併發通訊時，資料通訊延遲大。所以，增加資料流通的管道可以提高速度。記憶體條DDR4就比DDR3快。

如何在計算機系統架構上提高頻寬

方法一：在一些比較貴的計算機系統中，為了提高RAM的訪問頻寬，使用下圖架構：

這個系統的特點是：把記憶體控制器從北橋剝離出來，使用外部記憶體控制器，這樣的設計可以提高記憶體訪問的頻寬，也拓展了記憶體容量。

方法二：
在多cpu系統中（SMP），把記憶體控制器整合到CPU中，記憶體通道一下擴大4倍。

這種架構拓展了RAM的頻寬，現在大型伺服器很流行用，但也有缺點。即NUMA，非一致記憶體訪問。每個CPU對自己attach的RAM訪問速度很高，但訪問別的CPU的RAM速度就打折了（多走路了）。但這些都可以通過軟體層面優化，比如OS。

3.附加

自己的電腦到底使用的何種架構，我也沒深究過，不過，架構主要由CPU和主機板共同決定。

4.參考