文章分类 - 极客时间
摘要：过去两讲，我为你讲解了流水线设计CPU所需要的基本概念。接下来，我们一起来看看，要想通过流水线设计来提升CPU的吞吐率，我们需要冒哪些风险。 任何一本讲解CPU的流水线设计的教科书，都会提到流水线设计需要解决的三大冒险，分别是结构冒险（Structural Hazard）、数据冒险（Data Haz
阅读全文
摘要：上一讲，我给你初步介绍了CPU的流水线技术。乍看起来，流水线技术是一个提升性能的灵丹妙药。它通过把一条指令的操作切分成更细的多个步骤，可以避免CPU“浪费”。每一个细分的流水线步骤都很简单，所以我们的单个时钟周期的时间就可以设得更短。这也变相地让CPU的主频提升得很快。 这一系列的优点，也引出了现代
阅读全文
摘要：前面我们用了三讲，用一个个的电路组合，制作出了一个完整功能的CPU。这里面一下子给你引入了三个“周期”的概念，分别是指令周期、机器周期（或者CPU周期）以及时钟周期。 你可能会有点摸不着头脑了，为什么小小一个CPU，有那么多的周期（Cycle）呢？我们在专栏一开始，不是把CPU的性能定义得非常清楚了
阅读全文
摘要：上一讲，我们讲解了时钟信号是怎么实现的，以及怎么利用这个时钟信号，来控制数据的读写，可以使得我们能把需要的数据“存储”下来。那么，这一讲，我们要让计算机“自动”跑起来。 通过一个时钟信号，我们可以实现计数器，这个会成为我们的PC寄存器。然后，我们还需要一个能够帮我们在内存里面寻找指定数据地址的译码器
阅读全文
摘要：上一讲，我们看到，要能够实现一个完整的CPU功能，除了加法器这样的电路之外，我们还需要实现其他功能的电路。其中有一些电路，和我们实现过的加法器一样，只需要给定输入，就能得到固定的输出。这样的电路，我们称之为组合逻辑电路（Combinational Logic Circuit）。 但是，光有组合逻辑电
阅读全文
摘要：前面几讲里，我从两个不同的部分为你讲解了CPU的功能。 在“指令”部分，我为你讲解了计算机的“指令”是怎么运行的，也就是我们撰写的代码，是怎么变成一条条的机器能够理解的指令的，以及是按照什么样的顺序运行的。 在“计算”部分，我为你讲解了计算机的“计算”部分是怎么执行的，数据的二进制表示是怎么样的，我
阅读全文
摘要：上一讲，我们讲了用“浮点数”这样的数据形式，来表示一个不能确定大小的数据范围。浮点数可以大到3.40×10^{38}3.40×1038，也可以小到1.17×10^{-38}1.17×10−38这样的数值。同时，我们也发现，其实我们平时写的0.1、0.2并不是精确的数值，只是一个近似值。只有0.5这样
阅读全文
摘要：在我们日常的程序开发中，不只会用到整数。更多情况下，我们用到的都是实数。比如，我们开发一个电商App，商品的价格常常会是9块9；再比如，现在流行的深度学习算法，对应的机器学习里的模型里的各个权重也都是1.23这样的数。可以说，在实际的应用过程中，这些有零有整的实数，是和整数同样常用的数据类型，我们也
阅读全文
摘要：和学习小学数学一样，学完了加法之后，我们自然而然就要来学习乘法。既然是退回到小学，我们就把问题搞得简单一点，先来看两个4位数的乘法。这里的4位数，当然还是一个二进制数。我们是人类而不是电路，自然还是用列竖式的方式来进行计算。 十进制中的13乘以9，计算的结果应该是117。我们通过转换成二进制，然后列
阅读全文
摘要：上一讲，我们看到了如何通过电路，在计算机硬件层面设计最基本的单元，门电路。我给你看的门电路非常简单，只能做简单的 “与（AND）”“或（OR）”“NOT（非）”和“异或（XOR）”，这样最基本的单比特逻辑运算。下面这些门电路的标识，你需要非常熟悉，后续的电路都是由这些门电路组合起来的。 这些基本的门
阅读全文
摘要：我们前面讲过机器指令，你应该知道，所有最终执行的程序其实都是使用“0”和“1”这样的二进制代码来表示的。上一讲里，我也向你展示了，对应的整数和字符串，其实也是用“0”和“1”这样的二进制代码来表示的。 那么你可能要问了，我知道了这个有什么用呢？毕竟我们人用纸和笔来做运算，都是用十进制，直接用十进制和
阅读全文
摘要：上算法和数据结构课的时候，老师们都会和你说，程序 = 算法 + 数据结构。如果对应到组成原理或者说硬件层面，算法就是我们前面讲的各种计算机指令，数据结构就对应我们接下来要讲的二进制数据。 众所周知，现代计算机都是用0和1组成的二进制，来表示所有的信息。前面几讲的程序指令用到的机器码，也是使用二进制表
阅读全文
摘要：我们之前讲过，程序的链接，是把对应的不同文件内的代码段，合并到一起，成为最后的可执行文件。这个链接的方式，让我们在写代码的时候做到了“复用”。同样的功能代码只要写一次，然后提供给很多不同的程序进行链接就行了。 这么说来，“链接”其实有点儿像我们日常生活中的标准化、模块化生产。我们有一个可以生产标准螺
阅读全文
摘要：计算机这个行业的历史上有过很多成功的预言，最著名的自然是“摩尔定律”。当然免不了的也有很多“失败”的预测，其中一个最著名的就是，比尔·盖茨在上世纪80年代说的“640K ought to be enough for anyone”，也就是“640K内存对哪个人来说都够用了”。 那个年代，微软开发的还
阅读全文
摘要：过去的三节，你和我一起通过一些简单的代码，看到了我们写的程序，是怎么变成一条条计算机指令的；if…else这样的条件跳转是怎么样执行的；for/while这样的循环是怎么执行的；函数间的相互调用是怎么发生的。 我记得以前，我自己在了解完这些知识之后，产生了一个非常大的疑问。那就是，既然我们的程序最终
阅读全文
摘要：在开发软件的过程中我们经常会遇到错误，如果你用Google搜过出错信息，那你多少应该都访问过Stack Overflow这个网站。作为全球最大的程序员问答网站，Stack Overflow的名字来自于一个常见的报错，就是栈溢出（stack overflow）。 今天，我们就从程序的函数调用开始，讲讲
阅读全文
摘要：上一讲，我们讲解了一行代码是怎么变成计算机指令的。你平时写的程序中，肯定不只有int a = 1这样最最简单的代码或者指令。我们总是要用到if…else这样的条件判断语句、while和for这样的循环语句，还有函数或者过程调用。 对应的，CPU执行的也不只是一条指令，一般一个程序包含很多条指令。因为
阅读全文
摘要：你在学写程序的时候，有没有想过，古老年代的计算机程序是怎么写出来的？ 上大学的时候，我们系里教C语言程序设计的老师说，他们当年学写程序的时候，不像现在这样，都是用一种古老的物理设备，叫作“打孔卡（Punched Card）”。用这种设备写程序，可没法像今天这样，掏出键盘就能打字，而是要先在脑海里或者
阅读全文
摘要：上一讲，在讲CPU的性能时，我们提到了这样一个公式： 程序的CPU执行时间 = 指令数×CPI×Clock Cycle Time 这么来看，如果要提升计算机的性能，我们可以从指令数、CPI以及CPU主频这三个地方入手。要搞定指令数或者CPI，乍一看都不太容易。于是，研发CPU的硬件工程师们，从80年
阅读全文
摘要：“性能”这个词，不管是在日常生活还是写程序的时候，都经常被提到。比方说，买新电脑的时候，我们会说“原来的电脑性能跟不上了”；写程序的时候，我们会说，“这个程序性能需要优化一下”。那么，你有没有想过，我们常常挂在嘴边的“性能”到底指的是什么呢？我们能不能给性能下一个明确的定义，然后来进行准确的比较呢？
阅读全文
浙公网安备 33010602011771号