组成原理与操作系统：软硬件接口如何协同
组成原理与操作系统：软硬件接口如何协同 学到这里，组成原理里最核心的硬件主线已经基本走完了：数据表示、逻辑电路、CPU、Cache、主存、I/O、中断、多核、GPU。这个时候再往上看，会发现一个特别值得建立起来的视角： 硬件本身并不会自动变...
GPU 与异构计算：现代计算平台的扩展方向
GPU 与异构计算：现代计算平台的扩展方向 到这里，组成原理系列已经从数据表示、逻辑电路、CPU、流水线、存储层次、I/O、并行和 ISA 风格一路讲了下来。如果继续往现代计算平台的现实形态看，就会发现一个越来越明显的趋势： 今天的计算机系...
指令集风格：RISC 与 CISC 的设计差异
指令集风格：RISC 与 CISC 的设计差异 前面已经从执行流程、控制器、流水线、缓存和多核等角度理解了处理器内部是怎么运作的。现在如果再往架构设计的更高层看，就会遇到一个经典问题： 处理器到底应该提供一套什么风格的指令系统，才更有利于硬...
并行与多核基础：从单核到多核架构
并行与多核基础：从单核到多核架构 前面已经讲了流水线、乱序执行、Cache、主存和 I/O，可以看到单个处理器内部已经用了很多办法提升性能。但如果继续往下问，就会遇到一个长期存在的现实问题： 当单核处理器已经很复杂、主频也很难再无限提高时，...
磁盘与固态硬盘：外部存储设备工作原理
磁盘与固态硬盘：外部存储设备工作原理 前面已经知道，主存解决的是程序运行时的工作空间问题，但它通常掉电易失，容量成本也不适合无限做大。于是计算机还必须依赖另一类更慢、但更大且可持久保存数据的存储设备。 这就引出了外部存储，也就是平时最常接触...
中断机制：硬件如何响应外部事件
中断机制：硬件如何响应外部事件 上一篇讲输入输出系统时已经看到，中断驱动 I/O 的关键思想是：CPU 平时先做自己的事，等设备准备好了再来“提醒”它。但这个提醒并不是一句抽象的话，而是背后真的有一整套硬件与软件协同机制。 于是问题就进一步...
输入输出系统：程序控制、中断与 DMA
输入输出系统：程序控制、中断与 DMA 前一篇讲了总线与互连，知道 CPU、内存和设备之间必须有一套通信通路。但这还只是“路修好了”，真正的系统还得进一步解决另一个问题： 当外设要和主机交换数据时，CPU 到底该参与到什么程度？数据搬运该由...
总线与互连：数据如何在部件之间传输
总线与互连：数据如何在部件之间传输 前面讲 CPU、主存、Cache、虚拟存储时，我们其实一直默认了一件事： CPU 能去读内存； 内存能把数据送回来； I/O 设备也能和主机交换信息。 但如果继续追问，就会遇到一个非常基础却常被忽视的问题...
虚拟存储基础：地址空间与页式管理的硬件视角
虚拟存储基础：地址空间与页式管理的硬件视角 前面已经讲到存储系统是分层的，程序真正运行时既依赖寄存器、Cache 和主存，也会受到外存和访问延迟的影响。但如果再往操作系统和硬件交界处深入一步，还会遇到一个非常关键的问题： 程序里看到的地址，...
Cache 写策略：写直达、写回与替换算法
Cache 写策略：写直达、写回与替换算法 上一篇讲了 Cache 映射策略，解决的是“主存块能放到哪里”的问题。但 Cache 真正运行起来后，还会遇到另外两个非常现实的问题： 当 CPU 要修改数据时，Cache 和主存该怎么保持一致？...