指令执行过程：取指、译码、执行与写回
指令执行过程：取指、译码、执行与写回 上一篇已经讲了指令系统，知道了 CPU 需要根据操作码、操作数和寻址方式去理解一条指令。但如果继续追问，还会遇到一个非常关键的问题： 一条指令从“还在内存里”到“真的把结果算出来并写回去”，中间到底经历...
指令系统概览：机器指令、操作数与寻址方式
指令系统概览：机器指令、操作数与寻址方式 前面已经知道 CPU 的核心任务是“取指、译码、执行”。但如果继续往下问，就会遇到一个很关键的问题： CPU 到底是依据什么规则理解一条指令的？ 程序不是靠人类自然语言驱动 CPU 的，而是靠一条条...
CPU 是如何工作的：运算器、控制器与寄存器组
CPU 是如何工作的：运算器、控制器与寄存器组 前面讲了逻辑门、组合逻辑和时序逻辑，相当于已经把很多基础零件准备好了。接下来终于可以进入一个大家最熟悉、也最容易被神秘化的核心角色：CPU。 平时我们经常说“CPU 在执行程序”，但如果继续追...
时序逻辑电路：触发器、寄存器与计数器
时序逻辑电路：触发器、寄存器与计数器 上一篇讲的是组合逻辑，它的特点是“当前输入决定当前输出”。但现实里的计算机系统显然不可能只靠这种电路运行，因为一台真正的计算机必须具备一种关键能力： 它不仅要会算，还要记得刚才发生了什么。 如果没有“记...
组合逻辑电路：译码器、多路选择器与加法器
组合逻辑电路：译码器、多路选择器与加法器 上一篇讲了逻辑门与布尔代数，相当于先把数字电路最小的积木准备好了。但只有积木还不够，真正有用的是把它们拼成能完成具体功能的模块。 这就进入了组合逻辑电路。 所谓组合逻辑，最核心的特征是： 某一时刻的...
逻辑门与布尔代数：数字电路的最小起点
逻辑门与布尔代数：数字电路的最小起点 如果说前面几篇还主要在讨论“信息怎么表示”，那么从这一篇开始，我们要真正进入“信息怎么被处理”。 而数字电路所有处理能力的起点，其实非常朴素： 它最终都是建立在对 0 和 1 的逻辑运算之上。 这也是为...
校验与纠错：奇偶校验、CRC 与海明码
校验与纠错：奇偶校验、CRC 与海明码 前面讲了信息如何表示，但只会“表示”还不够。因为信息在真实系统里并不是永远安全、永远准确地待在原地。 数据可能在这些过程中发生错误： 存储时受硬件噪声干扰； 传输时受到信号衰减或干扰； 设备故障导致某...
定点数与浮点数：数值在计算机中的表示
定点数与浮点数：数值在计算机中的表示 上一篇讲了整数、编码和补码，解决的是“机器怎么表示离散的整数值”。但现实世界里的数远不止整数。 例如： 温度可能是 36.5； 概率可能是 0.125； 科学计算里可能会出现 6.02 × 10²³； ...
信息表示基础：进制、编码与补码
信息表示基础：进制、编码与补码 组成原理里最容易被低估的一件事，就是“表示”本身。 很多时候我们更容易把注意力放在运算上：加法怎么做、CPU 怎么执行、程序怎么跑。但在真正开始运算之前，计算机必须先回答一个更基础的问题： 现实世界里的数字、...
计算机系统全景：从程序到硬件执行
计算机系统全景：从程序到硬件执行 很多人学编程时，对“写代码”这件事的感受往往比较直接：写下源代码，编译或解释，然后程序就运行起来了。可如果继续追问一步，就会遇到一个非常关键的问题： 从你写下的一段代码，到 CPU 真正在硬件上执行，中间到...