计算机组成 -- 知识地图
参考资料
All articles on this blog are licensed under CC BY-NC-SA 4.0 unless otherwise stated.
Related Articles
2020-01-19
计算机组成 -- Superscalar + VLIW
吞吐率 程序的CPU执行时间 = 指令数 × CPI × Clock Cycle Time CPI = Clock Per Instruction IPC = 1/CPI = Instruction Per Clock 一个时钟周期内能够执行的指令数，代表了CPU的吞吐率 最佳情况下，IPC只能到1 无论做了哪些流水线层面的优化，即使做到了指令执行层面的乱序执行 CPU仍然只能在一个时钟周期内取一条指令！！ 无论指令后续无论优化得多好，一个时钟周期也只能执行一条指令，IPC只能是1 但Intel CPU或者ARM CPU，一般IPC能做到2以上 多发射 + 超标量 整数计算过程和浮点数的计算过程差异比较大 整数计算和浮点数计算的电路，在CPU层面是分开的 一直到80386，CPU都是没有专门的浮点数计算的电路的，当时的浮点数计算，都是通过软件进行模拟的 在80386时代，Intel给386配了单独的387芯片，专门用来做浮点数运算 386dx：带387浮点数计算芯片 386sx：不带387浮点数计算芯片 CPU会有多个ALU，在...
2020-01-27
计算机组成 -- MESI协议
缓存一致性问题 iPhone降价了，要把iPhone最新的价格更新到主内存里，为了性能问题，采用写回策略 先把数据写入到L2 Cache里，然后把Cache Block标记为脏的 此时数据其实没有被同步到L3 Cache或主内存里 1号核心希望在这个Cache Block要被交换出去的时候，数据才写入到主内存里 此时2号核心尝试从内存里读取iPhone的价格，就会读取一个错误的价格 缓存一致性问题：1号核心和2号核心的缓存，此时是不一致的 同步机制能够达到的目标 写传播（Write Propagation） 在一个CPU核心里面的Cache数据更新，必须能够传播到其他对应节点的Cache Line里 事务串行化（Transaction Serialization） 在一个CPU核心里面的读取和写入，在其他节点看起来，顺序是一样的 事务串行化 1号核心先把iPhone的价格改成5000，差不多时间，2号核心把iPhone的价格改成6000，这两个修改会传播到3号核心和4号核心 3号核心先收到2号核心的写传播，再收到1号核心的写传播；4号核心刚好相反 虽然写传播做到了，...
2020-01-29
计算机组成 -- 总线
设计来源：降低复杂度 计算机内部有很多不同的硬件设备，除了CPU和内存，还有大量的输入输出设备 如果各个设备间的通信，都是互相之间单独进行的，如果有N个不同的设备，他们之间需要各自单独连接，那么系统复杂度为**$N^2$** 为了简化系统的复杂度，引入了总线，把**$N^2$复杂度，变成了$N$**的复杂度 CPU想要和什么设备通信，通信的指令是什么，对应的数据是什么，都发送到这个线路上 设备想要向CPU发送什么消息，也发送到这条线路上 这条线路好像一个高速公路，各个设备和其他设备之间，不需要单独建公路，只需要建一条小路通向这条高速公路即可 总线（Bus），其实就是一组线路，CPU、内存、输入输出设备，都是通过这组线路，进行相互间通信的 设计模式：事件总线 在大型系统开发的过程中，经常会用到一种叫作事件总线（Event Bus）的设计模式 系统中的各个组件之间需要相互通信，如果两两之间单独去定义协议，复杂度为**$N^2$** 各个模块触发对应的事件，并把事件对象发送到总线上，即每个模块都是一个发布者（Publisher） 各个模块也会把自己注册到总线上，去监听总线上的事件 并根据事件的对...
2020-02-02
计算机组成 -- SSD
对比 访问类型 机械硬盘（HDD） 固态硬盘（SSD） 随机读 慢 非常快 随机写 慢 快 顺序写 快 非常快 耐用性（重复擦写） 非常好 差 读写原理 CPU Cache用的SRAM是用一个电容来存放一个比特的数据 对于SSD硬盘，由一个电容加上一个电压计组合在一起，就可以记录一个或多个比特 分类 SLC：Single-Level Cell MLC：Multi-Level Cell TLC：Triple-Level Cell QLC：Quad-Level Cell QLC 想要表示15个不同的电压，充电和读取的时候，对精度的要求就会更高，这会导致充电和读取的时候更慢 QLC的SSD的读写速度要比SLC慢上好几倍 PE擦写问题 控制电路 常用的是SATA或者PCI Express接口，里面有一个很重要的模块：FTL（Flash-Translation Layer），即内存转换层 FTL是SSD的核心模块，SSD性能的好坏很大程度上取决于FTL的算法好不好 实际的IO设备 新的大容量SSD都是3D封装的，即由很多裸片（Die）叠在一起（跟HDD有点类似）...
2020-01-24
计算机组成 -- 存储层次结构
SRAM CPU类比成计算机的大脑；而正在思考的东西，可以类比成CPU中的寄存器（Register） 寄存器更像是CPU本身的一部分，存放极其有限的信息，但速度非常快，和CPU同步 大脑中的记忆，类比成CPU Cache（高速缓存） CPU Cache使用的芯片是SRAM（Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器） 静态：只要处于通电状态，里面的数据就能保持存在，而一旦断电，里面的数据就会丢失 在SRAM里，1个比特的数据，需要6~8个晶体管 所以SRAM的存储密度不高，同样的物理空间下，能够存储的数据有限 SRAM的电路简单，所以访问速度非常快 在CPU里，通常会有L1、L2、L3这三层高速缓存 L1 Cache 每个CPU核心都有一块独占的L1 Cache，通常分为指令缓存和数据缓存 L1 Cache通常嵌在CPU核心的内部 L2 Cache L2 Cache同样是每个CPU核心都有，但往往不在CPU核心的内部，因此L2 Cache的访问速度会比L1 Cache稍慢 L3 Cache L3 Cache通常是多个CPU核心共用的，尺寸更大，访问速度...
2020-01-01
计算机组成 -- First Draft
从输入设备读取输入信息，通过运算器和控制器来执行存储在存储器里的程序，最终把结果输出到输出设备中 参考资料深入浅出计算机组成原理
