软件工程师一直严重依赖摩尔定律来提高半导体的处理能力，但是不断增长的MIPS现已接近完成。半导体行业面临哪些问题，为什么软件工程师不能依靠减少指令周期，并且软件应如何适应计算机体系结构的变化？摩尔定律为什么会终止？自从第一个晶体管问世以来，每两年将芯片上的晶体管数量增加一倍的能力基本上决定了电子技术的能力。这种效应称为摩尔定律，它对CPU行业做出了巨大贡献。每个CPU迭代包含更多的晶体管，从而提高了CPU的性能。同时，还观察到了另一个影响：随着半导体技术的改进，CPU时钟频率也增加了。时钟速率的提高对于每秒提供指令至关重要，正是这种效果使软件得到了显着改善。然而，缩小晶体管的尺寸变得越来越困难，并且很快变得几乎不可能。发生这种情况时，那些期望增加晶体管密度以提供更高性能的设计人员将面临困难，并且将不得不寻找提高性能的替代方法。但是，当前半导体技术面临的第二个问题是它一直以最快的速度运行。当CPU的频率从100MHz增加到200MHz时，每秒可执行指令的数量将增加一倍。每秒执行两次指令的能力使CPU可以同时运行两个相同的任务，或者使一个任务的速度提高一倍，从而提高性能。但是，在过去的十年中，消费者CPU速度无法突破5GHz极限，只有使用先进的液氮冷却系统才能达到8GHz。因此，计算机性能的提高来自于其他方法，例如集成多核，加速内存传输以及将软件例程传输到专用硬件加速器。随着时间的推移，该软件的改进情况如何？随着时间的流逝，软件在提供更好的特性和功能（例如图形渲染）方面已得到了极大的改进，但是软件主要依赖于硬件的改进。例如，求解复杂矩阵计算的能力一直是众所周知的，并且自第一台计算机以来，用软件编写此计算方法是可行的。但是，硬件的改进（例如硬件乘法器和矩阵求解器）使现代应用程序能够快速解决这些问题，而不是更好的编写软件的方法。考虑操作系统时，令人惊讶的是，尽管现代计算机在20年前的内核数量是8倍，而RAM是RAM的16倍，但Windows 7的启动时间要比Windows XP长。诚然，这可能与现代操作系统中大量进程和后台服务的加载有关。更多的内核允许更多的进程同时运行，但是更多的内核无法更快地执行一条指令。因此，可以说软件已经得到了改进，因为尽管现在可以使用功能丰富的应用程序，但是其中大多数功能都是由性能更好的硬件引起的。半导体硬件如何适应这种变化？随着晶体管尺寸的减小，半导体有很多选择。一种方法是制造3D芯片，允许晶体管的多层结构增加晶体管的数量，从而增加核心的数量。但是，如前所述，仅添加更多内核并不能改善每个周期的指令。例如，软件乘法涉及将两个数字重复加在一起，并且每个加法消耗一个指令周期。相反，硬件乘法器可以在一个时钟周期内将两个数字相乘，从而提高性能。硬件加速器的另一个示例是加密加速器，它可以比软件例程更快地执行诸如AES和密钥生成之类的加密任务。该软件需要做什么？为了提高软件性能，首要任务是充分利用硬件加速。在与通用编译器打交道时，这可能是个问题，因为它们可能使用软件例程而不是部署硬件例程。但是，即使软件工程师使用硬件加速器，在尝试以尽可能多的平台为目标时，它们也会引起问题。并非所有的CPU都支持相同的硬件加速功能。智能软件系统（例如操作系统）可以根据计算机检测支持的硬件并调整其性能，但是用户应用程序很难将这些功能集成到其中。为微控制器编写高效的代码要容易得多，