计算机漫游

今天发一篇曾经的总结,主要涉及几个计算机思想。

 

1. 计算机组成结构

1.1 计算机基本构成

三大核心部件:中央处理器、存储器、I/O设备

  • 中央处理器(CPU)
    • 算术/逻辑单元(ALU)
    • 寄存器
    • PC(程序计数器)
  • 存储器(内存)
    • 物理上:由一组动态随机存取存储器(DRAM)芯片组成
    • 逻辑上:是一个线性的字节数组,每个字节都有其唯一索引
  • I/O设备
    • 磁盘
    • 鼠标、键盘、显示器、打印机
    • 网络
  • 总线
    • I/O总线
    • 存储器总线
    • 系统总线

1.2 计算机硬件结构

一个典型系统的硬件组成(Intel Pentium)

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2. 基本原理

2.1 驱动计算机历史进步的持续动力

  1. 想让计算机做得更多(解决更多问题)
  2. 想让计算机运行得更快(提高效率)

2.2 机械原理

  1. 较大存储设备比较小存储设备运行得慢
  2. 快速设备的造价远高于同类的低速设备

那么,如果想让计算机运行得更快,有两种选择:

  • 选择较大存储设备(存储较大,成本较高。例如1T容量的SSD磁盘)
  • 选择较小存储设备(成本较低,存储较小。例如1G容量的内存)

2.3 程序访问趋势

  • 局部数据
  • 局部代码

(符合80、20理论)

3. 存储层次结构

  • 在处理器和一个又大又慢的设备之间插入一个更小更快的存储设备的想法已经成为了一个普遍的观念。
  • 主要思想:一层上的存储器作为低一层存储器的高速缓存。

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4. 计算机系统的抽象

抽象的使用是计算机科学中最为重要的概念之一。

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  • 文件是对I/O的抽象(文件就是字节序列)
  • 虚拟存储器是对程序存储器的抽象(非常大的字节数组)
  • 进程是对一个正在运行程序的抽象
  • 虚拟机是对整个计算机的抽象

5. 处理器组织结构

Intel Core i7的组织结构:

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  • 多核处理器是将多个CPU(称为“核”)集成到一个集成电路芯片上。
  • 超线程,有时称为同时多线程(simultaneous multi-threading),是一项允许一个CPU执行多个控制流的技术。

6. 并发和并行

  • 线程级并发
  • 指令级并行(流水线)
  • 单指令、多数据并行
概念 时间 多线程 现象 理解
并发 同一时间段 单处理器 结果 同时看两本书,来回切换看(上下文切换)
并行 同一时刻 多处理器 过程 双车道上行驶的两辆奥迪轿车

参考资料

《深入理解计算机系统》


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