随笔分类 - 深挖计算机基础
摘要：一、引子 1、流水线设计需要解决的三大冒险 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（Structura
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摘要：一、引子 1、现代桌面CPU的最后一场大战 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
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摘要：一、引子 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
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摘要：一、引子 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
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摘要：一、引子 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）。 1、只有
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摘要：一、引子 过去这么多讲，我们的程序都是自动运行且正常运行的。自动运行的意思是说，我们的程序和指令都是一条条顺序执行，你不需要通过键盘或者网络给这个程序任何输入。正常运行是说，我们的程序都是能够正常执行下去的，没有遇到计算溢出之类的程序错误。 不过，现实的软件世界可没有这么简单。一方面，程序不仅是简单
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摘要：一、引子 过去几年，最知名、最具有实用价值的ASIC就是TPU了。各种解读TPU论文内容的文章网上也很多。不过，这些文章更多地是从机器学习或者AI的角度，来讲解TPU。 上一讲，我为你讲解了FPGA和ASIC，讲解了FPGA如何实现通过“软件”来控制“硬件”，以及我们可以进一步把FPGA设计出来的电
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摘要：一、引子 过去很长一段时间里，大家在讲到高科技、互联网、信息技术的时候，谈的其实都是“软件”。从1995年微软发布Windows 95开始，高科技似乎就等同于软件业和互联网。著名的风险投资基金Andreessen Horowitz的合伙人Marc Andreessen，在2011年发表了一篇博客，声
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摘要：一、引子 上一讲，我带你一起看了三维图形在计算机里的渲染过程。这个渲染过程，分成了顶点处理、图元处理、栅格化、片段处理，以及最后的像素操作。这一连串的过程， 也被称之为图形流水线或者渲染管线。 因为要实时计算渲染的像素特别地多，图形加速卡登上了历史的舞台。通过3dFx的Voodoo或者NVidia的
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摘要：一、引子 讲完了CPU，我带你一起来看一看计算机里的另外一个处理器，也就是被称之为GPU的图形处理器。过去几年里，因为深度学习的大发展，GPU一下子火起来了，似乎GPU成了一个专为深度学习而设计的处理器。那GPU的架构究竟是怎么回事儿呢？它最早是用来做什么而被设计出来的呢？ 想要理解GPU的设计，我
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摘要：一、引子 1、为什么Windows操作系统、用了SSD的系统盘，就不能用磁盘碎篇整理功能？ 如果你平时用的是Windows电脑，你会发现，用了SSD的系统盘，就不能用磁盘碎片整理功能。这是因为，一旦主动去运行磁盘碎片整理功能，就会发生一次块的擦除，对应块的寿命就少了一点点。这个SSD的擦除寿命的问题
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摘要：一、引子 过去几年里，整个计算机产业届，都在尝试不停地提升I/O设备的速度。把HDD硬盘换成SSD硬盘，我们仍然觉得不够快；用PCI Express接口的SSD硬盘替代SATA接口的SSD硬盘，我们还是觉得不够快，所以，现在就有了傲腾（Optane）这样的技术。 但是，无论I/O速度如何提升，比起C
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摘要：一、引子 随着3D垂直封装技术和QLC技术的出现，今年的“618”，SSD硬盘的价格进一步大跳水，趁着这个机会，我把自己电脑上的仓库盘，从HDD换成了SSD硬盘。我的个人电脑彻底摆脱了机械硬盘。 随着智能手机的出现，互联网用户在2008年之后开始爆发性增⻓，大家在网上花的时间也越来越多。这也就意味着
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摘要：一、引子 我在第5讲讲计算机指令的时候，给你看过MIPS体系结构计算机的机器指令格式。MIPS的指令都是固定的32位长度，如果要用一个打孔卡来表示，并不复杂。 第6讲的时候，我带你编译了一些简单的C语言程序，看了x86体系结构下的汇编代码。眼尖的话，你应该能发现，每一条机器码的长度是不一样的。 而C
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摘要：上世纪60年代，计算机还是异常昂贵的设备，实际的计算机使用需求要面临两个挑战。 第一，计算机特别昂贵，我们要尽可能地让计算机忙起来，一直不断地去处理一些计算任务。第二，很多工程师想要用上计算机，但是没有能力自己花钱买一台，所以呢，我们要让很多人可以共用一台计算机。 一、缘起分时系统 为了应对这两个问
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摘要：一、引子 性能问题 机器指令里面的内存地址都是虚拟内存地址。程序里面的每一个进程，都有一个属于自己的虚拟内存地址空间。我们可以通过地址转换来获得最终的实际物理地址。我们每一个指令都存放在内存里面，每一条数据都存放在内存里面。因此，“地址转换”是一个非常高频的动作，“地址转换”的性能就变得至关重要了。
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摘要：一、简单页表 1、页表的概念 想要把虚拟内存地址，映射到物理内存地址，最直观的办法，就是来建一张映射表。这个映射表，能够实现虚拟内存里面的页，到物理内存里面的页的一一映射。这个映射表，在计算机里面，就叫作 页表（PageTable）。页表这个地址转换的办法，会把一个内存地址分成 页号（Directo
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摘要：在专栏一开始的时候，我和你说过，在计算机组成原理这门课里面，很多设计的核心思路，都来源于性能。在前免讲解CPU的时候，相信你已经有了切身的感受了。 大部分程序员开发的都是应⽤系统。在开发应用系统的时候，我们遇到的性能瓶颈大部分都在I/O上。在第36讲讲解局部性原理的时候，我们一起看了通过把内存当作是
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摘要：在1991年，我刚接触计算机的时候，很多计算机还没有硬盘。整个操作系统都安装在5⼨或者3.5寸的软盘里。不过，很快⼤部分计算机都开始⽤上了直接安装在主板上的机械硬盘。到了今天，更早的软盘早已经被淘汰了。在个人电脑和服务器里，更晚出现的光盘也已经很少用了。机械硬盘的生命力仍然非常顽强。无论是作为个人电
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摘要：我们在前面的章节搭建了最简单的电路，在这里面，计算机的输入设备就是一个一个开关，输出设备呢，是一个一个灯泡。的确，早期发展的时候，计算机的核心是做“计算”。我们从“计算机”这个名字上也能看出这艺点。不管是中文名字“计算机”，还是英文名字“Computer”，核⼼都是在”计算“这两个字上。不过，到了今
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