深入浅出计算机组成原理
徐文浩
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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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42 | 总线:计算机内部的高速公路

徐文浩 2019-08-02
专栏讲到现在,如果我再问你,计算机五大组成部分是什么,应该没有人不知道了吧?我们这一节要讲的内容,依然要围绕这五大部分,控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。
CPU 所代表的控制器和运算器,要和存储器,也就是我们的主内存,以及输入和输出设备进行通信。那问题来了,CPU 从我们的键盘、鼠标接收输入信号,向显示器输出信号,这之间究竟是怎么通信的呢?换句话说,计算机是用什么样的方式来完成,CPU 和内存、以及外部输入输出设备的通信呢?
这个问题就是我们今天要讲的主题,也就是总线。之前很多同学留言问,我什么时候会讲一讲总线。那这一讲,你就要听仔细了。

降低复杂性:总线的设计思路来源

计算机里其实有很多不同的硬件设备,除了 CPU 和内存之外,我们还有大量的输入输出设备。可以说,你计算机上的每一个接口,键盘、鼠标、显示器、硬盘,乃至通过 USB 接口连接的各种外部设备,都对应了一个设备或者模块。
如果各个设备间的通信,都是互相之间单独进行的。如果我们有 个不同的设备,他们之间需要各自单独连接,那么系统复杂度就会变成 。每一个设备或者功能电路模块,都要和其他 个设备去通信。为了简化系统的复杂度,我们就引入了总线,把这个 的复杂度,变成一个 的复杂度。
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精选留言(10)

  • 有铭
    说到总线,我就想起了后端系统演进中,从最初的巨型单体,到具备总线的SOA,到最近完全去掉总线的微服务系统。总线这个东西在计算机体系诞生了很多年了,它虽然降低了各系统通信的复杂度,但是现在看缺点也不少,最典型的就是带宽问题,某些硬件的性能提升速度,超过了总线性能的提升速度,比如典型的使用PCIE的某些硬件,而且现代计算机系统对即时响应提出了更高的要求,总线很明显制约了这个东西。我在想如果微服务这种成百上千的,相互之间调用复杂的结构在现代技术的加持下也被证明是有效的话;那么如果把计算机的每个硬件抽象成1个服务,计算机硬件之间为何不能像微服务那样直接调用呢。当然硬件架构的发展比软件架构是保守和谨慎的多了。可能我这个想法也不太现实

    作者回复: 有铭同学,

    你好,主要还是软件的修改比起硬件的修改的成本低太多了。而且其实现在大家的微服务,一般都是说一个公司内部的系统里。

    如果要多家不同公司之间协作(硬件的显卡、内存、硬盘都来自不桶厂商),传统的企业软件还是有专门的ESB(Enterprise Service Bus)这样的厂商。

    2019-08-02
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    14
  • gigglesun
    "CPU 所代表的控制器和运算器,要和存储器,也就是我们的主内存,以及输入和输出设备进行通信。"看七牛那个架构师讲的,计算机架构中的存储其实指的是寄存器,因为CPU的直接和寄存器打交道,而不是主内存,主内存是一种输入输出设备。
    2019-08-07
    1
    1
  • 追风筝的人
    总线是为了解决各个模块之间通信的复杂度问题。前段总线也叫系统总线 速度较慢常用在io输入输出模块,本地总线和高速缓存模块之间进行通信 速度较快。总线有 系统总线 北桥芯片和CPU通信,内存总线一端接北桥芯片另一端接入内存,还有io总线 通过io桥接器接入北桥芯片。
    2019-11-18
  • 不一样的烟火
    ros里面的消息发布和订阅机制 是不是相当于总线的概念
    2019-10-20
  • coldpark
    amd最新的epyc已经把pcle通道集成到cpu里面了,是不是总线的概念之后会慢慢弱化?
    2019-10-04
  • 焰火
    文中的“系统总线与CPU的内存接口相连”这一句不是太懂,这个内存接口是指什么?
    ARM架构下的cpu芯片与外设相连,它会有一个存储器(里面会分成8个bank)来进行控制和管理IO设备。
    浩哥说的这个内存接口与arm的存储器类似么?

    作者回复: 焰火同学,

    你好,说内存接口的确不太准确,这个我写得有点随意。更准确的说法是内存控制器 Memory Controller,通过这个来连接的总线。

    2019-09-22
  • 活的潇洒
    1. 数据线(Data Bus),用来传输实际的数据信息,也就是实际上了公交车的“人”。
    2. 地址线(Address Bus),用来确定到底把数据传输到哪里去,是内存的某个位置,还是某一个I/O设
    备。这个其实就相当于拿了个纸条,写下了上面的人要下车的站点。
    3. 控制线(Control Bus),用来控制对于总线的访问。虽然我们把总线比喻成了一辆公交车。那么有人想
    要做公交车的时候,需要告诉公交车司机,这个就是我们的控制信号。

    上面这一段是我的最爱

    day42 笔记:https://www.cnblogs.com/luoahong/p/11359768.html
    2019-08-21
  • 免费的人
    QPI 是点对点的架构,好像一个浓缩的TCP/IP协议栈?
    2019-08-05
  • 许童童
    老师你好,总线是否可以理解为硬件上的主板呢?

    作者回复: 许童童同学,

    你好,不能简单认为就是主板,但是的确就在主板上。主板上还有各种控制芯片,以及各种接口。

    2019-08-02
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  • 斐波那契
    总线事件设计模式怎么看有点像观察者模式
    2019-08-02
    1
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