深入浅出计算机组成原理
徐文浩
bothub创始人
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入门篇 (5讲)
开篇词 | 为什么你需要学习计算机组成原理?
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01 | 冯·诺依曼体系结构:计算机组成的金字塔
02 | 给你一张知识地图,计算机组成原理应该这么学
03 | 通过你的CPU主频,我们来谈谈“性能”究竟是什么?
04 | 穿越功耗墙,我们该从哪些方面提升“性能”?
原理篇:指令和运算 (12讲)
05 | 计算机指令:让我们试试用纸带编程
06 | 指令跳转:原来if...else就是goto
07 | 函数调用:为什么会发生stack overflow?
08 | ELF和静态链接:为什么程序无法同时在Linux和Windows下运行?
09 | 程序装载:“640K内存”真的不够用么?
10 | 动态链接:程序内部的“共享单车”
11 | 二进制编码:“手持两把锟斤拷,口中疾呼烫烫烫”?
12 | 理解电路:从电报机到门电路,我们如何做到“千里传信”?
13 | 加法器:如何像搭乐高一样搭电路(上)?
14 | 乘法器:如何像搭乐高一样搭电路(下)?
15 | 浮点数和定点数(上):怎么用有限的Bit表示尽可能多的信息?
16 | 浮点数和定点数(下):深入理解浮点数到底有什么用?
原理篇:处理器 (18讲)
17 | 建立数据通路(上):指令+运算=CPU
18 | 建立数据通路(中):指令+运算=CPU
19 | 建立数据通路(下):指令+运算=CPU
20 | 面向流水线的指令设计(上):一心多用的现代CPU
21 | 面向流水线的指令设计(下):奔腾4是怎么失败的?
22 | 冒险和预测(一):hazard是“危”也是“机”
23 | 冒险和预测(二):流水线里的接力赛
24 | 冒险和预测(三):CPU里的“线程池”
25 | 冒险和预测(四):今天下雨了,明天还会下雨么?
26 | Superscalar和VLIW:如何让CPU的吞吐率超过1?
27 | SIMD:如何加速矩阵乘法?
28 | 异常和中断:程序出错了怎么办?
29 | CISC和RISC:为什么手机芯片都是ARM?
30 | GPU(上):为什么玩游戏需要使用GPU?
31 | GPU(下):为什么深度学习需要使用GPU?
32 | FPGA和ASIC:计算机体系结构的黄金时代
33 | 解读TPU:设计和拆解一块ASIC芯片
34 | 理解虚拟机:你在云上拿到的计算机是什么样的?
原理篇:存储与I/O系统 (17讲)
35 | 存储器层次结构全景:数据存储的大金字塔长什么样?
36 | 局部性原理:数据库性能跟不上,加个缓存就好了?
37 | 高速缓存(上):“4毫秒”究竟值多少钱?
38 | 高速缓存(下):你确定你的数据更新了么?
39 | MESI协议:如何让多核CPU的高速缓存保持一致?
40 | 理解内存(上):虚拟内存和内存保护是什么?
41 | 理解内存(下):解析TLB和内存保护
42 | 总线:计算机内部的高速公路
43 | 输入输出设备:我们并不是只能用灯泡显示“0”和“1”
44 | 理解IO_WAIT:I/O性能到底是怎么回事儿?
45 | 机械硬盘:Google早期用过的“黑科技”
46 | SSD硬盘(上):如何完成性能优化的KPI?
47 | SSD硬盘(下):如何完成性能优化的KPI?
48 | DMA:为什么Kafka这么快?
49 | 数据完整性(上):硬件坏了怎么办?
50 | 数据完整性(下):如何还原犯罪现场?
51 | 分布式计算:如果所有人的大脑都联网会怎样?
应用篇 (5讲)
52 | 设计大型DMP系统(上):MongoDB并不是什么灵丹妙药
53 | 设计大型DMP系统(下):SSD拯救了所有的DBA
54 | 理解Disruptor(上):带你体会CPU高速缓存的风驰电掣
55 | 理解Disruptor(下):不需要换挡和踩刹车的CPU,有多快?
结束语 | 知也无涯,愿你也享受发现的乐趣
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答疑与加餐 (5讲)
特别加餐 | 我在2019年F8大会的两日见闻录
FAQ第一期 | 学与不学,知识就在那里,不如就先学好了
用户故事 | 赵文海:怕什么真理无穷,进一寸有一寸的欢喜
FAQ第二期 | 世界上第一个编程语言是怎么来的?
特别加餐 | 我的一天怎么过?
深入浅出计算机组成原理
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28 | 异常和中断:程序出错了怎么办?

徐文浩 2019-06-28
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,程序不仅是简单的执行指令,更多的还需要和外部的输入输出打交道。另一方面,程序在执行过程中,还会遇到各种异常情况,比如除以 0、溢出,甚至我们自己也可以让程序抛出异常。
那这一讲,我就带你来看看,如果遇到这些情况,计算机是怎么运转的,也就是说,计算机究竟是如何处理异常的。

异常:硬件、系统和应用的组合拳

一提到计算机当中的异常(Exception),可能你的第一反应就是 C++ 或者 Java 中的 Exception。不过我们今天讲的,并不是这些软件开发过程中遇到的“软件异常”,而是和硬件、系统相关的“硬件异常”。
当然,“软件异常”和“硬件异常”并不是实际业界使用的专有名词,只是我为了方便给你说明,和 C++、Java 中软件抛出的 Exception 进行的人为区分,你明白这个意思就好。
尽管,这里我把这些硬件和系统相关的异常,叫作“硬件异常”。但是,实际上,这些异常,既有来自硬件的,也有来自软件层面的。
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精选留言(13)

  • Penn
    linux内核中有软中断和硬中断的说法。比如网卡收包时,硬中断对应的概念是中断,即网卡利用信号“告知”CPU有包到来,CPU执行中断向量对应的处理程序,即收到的包拷贝到计算机的内存,然后“通知”软中断有任务需要处理,中断处理程序返回;软中断是一个内核级别的进程(线程),没有对应到本次课程的概念,用于处理硬中断余下的工作,比如网卡收的包需要向上送给协议栈处理。
    2019-07-07
    13
  • 栋能
    有点疑问,文中说“故障异常经异常处理程序处理之后会回到故障发生的指令位置,并再执行一次”,并还举例说加法溢出是故障异常,既然按这例子讲,难道再加一次就不会异常了吗?这可能会无限陷入故障异常的死胡同?
    2019-07-06
    4
    3
  • 陆离
    硬中断类似键鼠,网卡这些外接设备发出的中断请求,同比与上文的中断。
    软中断类似程序内部IO的操作,由程序内部发出中断请求,同比上文的陷阱。
    2019-06-28
    1
  • loser
    软中断,是程序执行过程中产生的异常,对应同步异常,包含陷阱,故障,终止。硬中断,是硬件产生的中断,对应异步异常。
    2019-12-09
  • 陈志恒
    1.异常分为软件异常 硬件异常
    2. 异常的处理:关于异常,最有意思的一点就是,它其实是一个硬件和软件组合到一起的处理过程。异常的前半生,也就是异常的发生和捕捉,是在硬件层面完成的。但是异常的后半生,也就是说,异常的处理,其实是由软件来完成的。
    3.异常代码的分配:这些异常代码里,I/O 发出的信号的异常代码,是由操作系统来分配的,也就是由软件来设定的。而像加法溢出这样的异常代码,则是由 CPU 预先分配好的,也就是由硬件来分配的。这又是另一个软件和硬件共同组合来处理异常的过程。
    4. 异常的分类:中断、陷阱、故障和中止
    2019-11-28
  • 活的潇洒
    终于知道“中断、陷阱、故障和中止”的区别和共同点了

    day28 笔记:https://www.cnblogs.com/luoahong/p/11425628.html
    2019-09-01
  • Luke
    软中断是由软件来触发,它属于同步的中断。一般用来完成一些特定任务:int 3调试断点,以及之前Linux的int 80h系统调用

    硬件中断是硬件组件触发的,可能是CPU内部异常,也可能是io外设的。外设的中断属于异步,它可能会在CPU指令执行期间触发。

    不过,缺页异常我不太确定是不是CPU内部触发。
    2019-07-06
  • Linuxer
    我理解的这一节讲的中断就应该属于硬中断,软中断一直不太理解,定时器、信号、网络收发都有归到软中断,貌似是中断分为及时响应部分上半部,推迟响应部分下半部,下半部是不是都归软中断呢?还请各位指正。
    2019-06-28
  • WL
    老师请问一下, 是不是无论哪种异常发生都会有一次上下文切换?
    2019-06-28
  • -W.LI-
    老师好有个问题IO阻塞,竞争同步锁都会设计到用户态和内核态的切换。这个切换是通过陷阱触发的么?
    2019-06-28
  • chengzise
    软件中断对应今天稳重的陷阱。
    硬中断对应今天文中的中断,有的还会包含故障,也有的把故障单独归类为异常。
    2019-06-28
  • 许童童
    硬中断是由外部事件引起的因此具有随机性和突发性;
    当中断发生的时候,硬中断处理那些短时间就可以完成的工作,而将那些处理事件比较长的工作,放到中断之后来完成
    2019-06-28
  • -W.LI-
    我们的应用程序通过系统调用去读取文件、创建进程,其实也是通过触发一次陷阱来进行的。这是因为,我们用户态的应用程序没有权限来做这些事情,需要把对应的流程转交给有权限的异常处理程序来进行。
    老师好这句话可以理解为。所有的系统调用都是陷阱出发的么?用户态没法直接调用系统资源是么?
    2019-06-28
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