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大话处理器
目录 大话处理器 6.  编写高效代码——时间就是生命 5. Cache—— 处理器的“肚量” 4.  微架构——处理器的内心世界 3.  指令集体系结构——处理器的外表 2.  初识处理器——掀起你的盖头来 1.  漫游计算机世界 7. SOC—— 吸星大法 8. “ 芯”路历程——明明白白我的“芯”
处理器与计算机 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
计算机之叔 ( 父 ) 央视《对话》栏目在一期节目中邀请了《功夫熊猫》的导演,当主持人称呼他为“功夫熊猫之父”时,他谦逊的说,我更像是功夫熊猫的叔叔,很多很多的人一起完成了这项杰作。 查尔斯 · 巴贝奇 阿兰 · 图灵 冯 · 诺依曼
第一位程序员 爱达负责为巴贝奇还没有建成的机器写程序,她创造了子程序、循环的概念。后来美国国防部开发了一种面向对象的高级编程语言,为了纪念这位计算机软件的开山之祖,美国国防部将这种语言命名为 ADA( 爱达 ) 。 爱达 · 拜伦 居然是个女人
第一台电子计算机之争 阿塔纳索夫和贝利建成了世界上最早的电子计算机 ABC(Atansoff-Berry Computer) 。阿塔纳索夫将设计计算机的思路毫无保留的告诉了毛奇莱 (John William Mauchly) , 1946 年,毛奇莱和艾科特 (John Presper Eckert) 建成了 ENIAC 计算机。 阿塔纳索夫   贝利  毛奇莱 ( 左 )  艾科特 ( 右 )
冯 · 诺依曼机 冯 · 诺依曼结构 1945 年 6 月,冯 · 诺依曼提交了他著名的 101 页的“关于 EDVAC 的报告草案”,里面描述了计算机的逻辑结构,尤为重要的一点是提出了“存储程序”的思想。“存储程序 (stored-program) ” 的意思就是将程序存储到计算机内部,计算机自动执行。
华人与计算机 朱传榘,他参与了 ENIAC 设计,获得了 1981 年计算机先驱奖。 王安,他发明了“磁芯存储器”等多项技术, 1988 年,被选入美国发明家名人堂。王安创办了王安电脑公司,曾经红极一时,不过后来王安执意将公司传给自己的儿子,再加上其他一系列的失误,公司最终倒闭。 朱传榘 王安
从军用到民用 ——飞入寻常百姓家 大型机 小型机 PC 机 军用 科研 家用
个人计算机时代 ——英雄辈出的时代 什么是历史,什么是英雄,是英雄造就了历史,还是历史成就了英雄? 个人计算机时代正是个英雄辈出的时代!这个时代属于 Intel , Microsoft , Apple , IBM , HP……
硅谷八叛将 (Traitorous Eight) 硅谷八叛将从肖克利半导体实验室出走,创建了仙童半导体, Intel 、 AMD 、美国国家半导体、 LSI Logic 、 VLSI Technology 、 Intersil 、 Altera  和   Xilinx 等等业界众多巨擘的创始人都来自仙童半导体。 硅谷八叛将,各个身怀绝技并事业有成
各式各样的终端
山寨机的创新兵法 山寨机创意一:明修栈道,暗渡陈仓 山寨机创意二:要么不做,要么做绝 山寨机创意三:包罗万象,有容乃大
计算机的来世 在《终结者》中,计算机 (Computer)  =  机器人 (Robot) “ 人工智能是一门新兴的学科,所研究的是如何使机器能够做像它在电影中所做的事情。”
PC 机结构图
存储器—— 大肚能容,容天下难容之事 “ 男人一定要会修电脑,曾经有个人不会修自己的电脑,后来的事大家都知道了 … ”
半导体存储器市场 ,[object Object],王安发明磁芯存储器。 ,[object Object],Intel 发明集成电路存储芯片,一部分存储器走向半导体时代。  Intel 其实是靠存储器发家的。 ,[object Object],日本从 20 世纪 70 年代中期布局半导体产业,到 80 年代已卓有成效,半导体存储器份额超过美国,逼着 Intel 转型做处理器。 ,[object Object],比日本人更能吃苦耐劳的韩国人、台湾人崛起,称霸半导体存储器市场。 ,[object Object],王者三星。台积电董事长张忠谋说:“三星,是所有人的对手,三星几乎是什么电子产品都要做。”
输入设备——五觉 触摸 声音 传感 姿势 ,[object Object]
显示设备——脸面 3D 电子书 投影 全息投影 ,[object Object],[object Object],[object Object]
硬件、操作系统、应用软件的关系 硬件相当于家产,操作系统相当于管家,应用软件相当于长工。
纵向型计算机产业链
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穿越时代 该时代也称为垂直整合时代,作者将其戏称为穿越时代,穿越一词来源于这几年火热的穿越剧和穿越小说。 历史总是螺旋式发展
穿越时代,更需要对处理器和软件都熟悉的复合型人才!
IT 链条 待解决的问题 算法 编程语言 编译器 指令集体系结构 微架构 处理器系统实现 逻辑与电路 晶体管 芯片制造
目录 大话处理器 6.  编写高效代码——时间就是生命 5. Cache—— 处理器的“肚量” 4.  微架构——处理器的内心世界 3.  指令集体系结构——处理器的外表 2.  初识处理器——掀起你的盖头来 1.  漫游计算机世界 7. SOC—— 吸星大法 8. “ 芯”路历程——明明白白我的“芯”
硬连线电路—— 一定终身 out = in1 + in2 * in3 + in4 * in5 * in6; 要实现一个运算,可以用硬件电路来实现,但是缺点是:一个电路只能实现一个运算。 in 1 in 2 in 3 in 4 in 5 in 6 out  * * * + +
通用计算机模型 ——硬件搭台,软件唱戏 存储器 运算器 控制器 一套硬件,通过软件,来控制实现不同的运算。 通用计算模型
ISA 的出现 IBM 在它的 System/360 计算机中引入了 ISA(Instruction Set Architecture 指令集体系结构 ) 的概念,将编程所需要了解的硬件信息从硬件系统中抽象出来,这样软件人员就可以面向 ISA 进行编程,开发出的软件不经过修改就可以应用在其他采用同样 ISA 架构的系统上。 早期,软件的编写都是直接面向硬件系统的,即使是同一计算机公司的不同计算机产品,它们的软件都是不能通用的。
龙芯到底是怎么回事 ——处理器的分层模型 处理器系统层次 Architecture( 体系结构 ) : 处理器的外表,设计规范,定义处理器能做什么。 Microarchitecture ( 微架构 ) : 处理器的内心,设计实现。 物理实现: 具体的实现过程,如用 20nm 的集成电路工艺实现。 MIPS 龙芯 ST
指令集、微架构、处理器实例 注意: ARMv7 是指令集, ARM7 是微架构。 Cortex 系列使用 ARMv7 指令集,  ARM7 使用 ARMv4 指令集。
选什么样的处理器 ——适合的才是最好的 选处理器就像找老婆,没有好坏之分,只有适合与不适合之分,适合的才是最好的。
处理器的硬指标
处理器的生态环境   ——哥不是一个人在战斗
处理器的钱途 PC 行业老大 HP 2010 年 PC 等业务 (personal system group) 的净收入为 407 亿美金,运营利润为 20 亿美金。而 Intel 2010 年的净收入为 436 亿美金,运营利润为 156 亿美金,从中我们可以看出, PC 公司是卖了不少钱,不过钱都让处理器公司赚了。
最核心的,才是最赚钱的,才是我们最应该去关注的。而处理器正是这种核心!
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指令集的威力 指令集的威力太强大,它的强大在于它背后是一个生态链,而不是一家公司。 指令集就像语言 ( 汉语、英语等 ) 一样,定义一套语言其实并不难,难的是你要让别人去接受你定义的语言。如果重新使用一套指令集,与之配套的编译器、操作系统、各种应用软件也都要重新编写,这样的工作量和难度,是无法想象的。 龙芯使用了 MIPS 指令集
人类与计算机的沟通语言
指令集发展历程 处理器 / 指令集呈现出螺旋式的发展:逐渐做大,然后优化,然后又做大 …… 从量变,到质变,然后进入下一轮的量变和质变,只是此“质”已非彼“质”了。
指令集的五朵金花 ,[object Object]
x86“ 复杂”外表下的“简单”芯 x86 虽说是 CISC 指令集,不过 x86 内核可以认为是 RISC 内核, x86 指令集会先被解码为类似于 RISC 的微操作 (uops) 。
地盘划分 ,[object Object]
x86 、 ARM 之战 ,[object Object]
操作数与操作码
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最简单的 3 级流水线 低功耗嵌入式领域的经典产品 ARM7 就是采用这种 3 级流水线结构。
史上最经典的 5 级流水线 早期的 MIPS 、 ARM9 等处理器使用这种流水线,以后的处理器也都能看到它的影子,包括 x86 处理器等。
TI C6000 DSP 流水线 不同的处理器会有不同的流水线节拍划分,就好像不同的人会穿不同的衣服一样。
乱序执行内核 取址 寄存器重命名 译码 分支预测 指令分派 Port 0 指令提交 Port 1 Port 2 Port 3 …… . 执行单元
处理器的并行设计
指令并行 Superscalar VLIW 世上没有无缘无故的爱,也没有无缘无故的恨,没有无缘无故的 Superscalar ,也没有无缘无故的 VLIW 。
数据并行 听音乐,看视频,玩游戏,都会用到它。 X3 X2 X1 X0 X Y3 Y2 Y1 Y0 Y op X3 op Y3 X2 op Y2 X1 op Y1 X0 op Y0 X op Y op op op
线程并行 刘、关、张三兄弟联手,也只是稍微强过吕布一点点,而即使是强如吕布,最终还是敌不过曹操的千军万马。 Thread 1 Unused Execution Time FU1 FU2 FU3 FU4 超标量 + 单线程 同时多线程 细粒度硬件多线程 Thread 2 Thread 3 Thread 4 Thread 5 粗粒度硬件 多线程 多核
并行总结
程序员的作品在处理器上执行,了解了处理器微架构,也就了解了程序到底是怎么执行的。
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你在我“芯”中,留下了印记 ,[object Object]
为什么需要 Cache ?
什么是 Cache ? ,[object Object]
为什么一小块 Cache 能提速? ,[object Object],[object Object]
分级 Cache 结构 Core0 L1P L1D L2 Core1 L1P L1D L2 L3
Cache 的基本结构
Cache 的工作方式 —— 丘比特之剑, 命中与不命中
Cache 的一致性问题
Cache 的一致性协议
Cache 和 DMA 对比
DMA 的搬移方式
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为什么要编写高效代码 ,[object Object]
怎样提高程序的运行效率 ,[object Object],5.  利用多核来加速程序——人多力量大 4.  充分利用编译器进行优化 3.  优化内存访问——别让包袱拖垮了你 2.  减少处理器不擅长的操作 1.  减少指令数——勤俭持家
编程是门艺术
使用更快的算法 ,[object Object]
编译器:我才是优化第一高手
利用多核来加速 ,[object Object]
任务划分
数据划分
数据流划分
能写出更快的代码,在面试大公司时,至关重要。
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SOC 时代
应用处理器结构
硬件加速器 ,[object Object]
电子设备产业链
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晶体管与集成电路发明人 一个人孤独的时候,常常也是最容易出成绩的时候, Jack Kilby 就是这样。 TI 7 月份会给员工放假,但是 Jack Kilby 是新员工,没有假期。就这样, Jack Kilby 在同事们都在度假时,一个人在车间完成了集成电路的发明。
绝缘体、导体、半导体
集成电路工艺进步
门电路(开 / 关)
处理器集成电路分层设计
芯片设计与制造
芯片制造流程
汉芯 磨皮是 photoshop 的专业技术,用来光滑人脸。技术都是相通的,磨皮也能用在芯片外观上。有个中国人买了几块 Freescale 的 DSP 芯片,请人将芯片上的 logo 磨皮,然后打上自己的 logo ,这样代表世界先进水平的国产 DSP 芯片就诞生了。
结束了吗?
谢谢 本书博客: http://blog.csdn.net/muxiqingyang/article/details/6744967 作者微博: http://weibo.com/muxiqingyang

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