“计算机系统”版本间的差异
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Super-scalar CPUs add the possibility to issue more then one instruction per cycle. As long as these instructions are independent, each of them is dispatched into one of several parallel pipelines. Therefore, a super-scalar CPU can achieve an IPC (Instructions Per Cycle) higher than 1. | Super-scalar CPUs add the possibility to issue more then one instruction per cycle. As long as these instructions are independent, each of them is dispatched into one of several parallel pipelines. Therefore, a super-scalar CPU can achieve an IPC (Instructions Per Cycle) higher than 1. | ||
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执行单元（Execution units）也是微架构的基本元件。执行单元包含算术逻辑单元（ALU），浮点运算器（FPU），Load/Store单元（LSU），分支预测（branch prediction），以及SIMD。这些单元在处理器内进行计算。执行单元的数量和时延（latency）（内存存取结果的时间）及吞吐率（throughput）（将结果存到或是读取出内存的速度），影响微架构的效能。 | 执行单元（Execution units）也是微架构的基本元件。执行单元包含算术逻辑单元（ALU），浮点运算器（FPU），Load/Store单元（LSU），分支预测（branch prediction），以及SIMD。这些单元在处理器内进行计算。执行单元的数量和时延（latency）（内存存取结果的时间）及吞吐率（throughput）（将结果存到或是读取出内存的速度），影响微架构的效能。 | ||
| − | ===算术逻辑单元ALU (Arithmetic Logic Unit )=== | + | ====算术逻辑单元ALU (Arithmetic Logic Unit )==== |
对两个储存于暂存器的数字进行add，subtract，multiply，divide,将结果放到一个暂存器内。 | 对两个储存于暂存器的数字进行add，subtract，multiply，divide,将结果放到一个暂存器内。 | ||
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(b) SIMD mode: one operation produces multiple results. | (b) SIMD mode: one operation produces multiple results. | ||
| − | ===缓存设计（Cache）=== | + | ====缓存设计（Cache）==== |
==处理器的指令集架构 == | ==处理器的指令集架构 == | ||
2017年5月13日 (六) 10:06的版本
目录
计算机硬件体系结构
计算机硬件是信息的存储，传输与处理的基本设备。
基本设计原则
设计原则：计算机硬件的组织方式，如计算、存储、通信之间的模式，应该和功用相适应。
计算机硬件的主要组件（Components）
计算机硬件的主要组件（Components）有中央处理器(Central Processing Unit, CPU)、主存储器（Main Memory）、磁盘（Disk）、输入输出外设设备（IO）、传输总线设备（Bus）等等。
计算机存储等级（Memory Hierarchy）
寄存器 Register
缓存Cache
主存RAM(Main memory)
固态盘SSD(Solid-state disk)
磁盘Disk (magnetic)
处理器架构（CPU architecture）
基本原则：
（1）向下兼容原则
（2）效率IPC （Instructions per cycle） 和 能耗（Energy-efficient ）
处理器的微架构（Micro-architecture）
微架构使得指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA）可以在处理器上被执行。指令集架构可以在不同的微架构上执行。 处理器的结构设计是研究微架构与指令集两者之间协作的技术。
流水线（Pipeline）
管线化的结构（Pipelined Architecture）允许多个指令在同一时间执行，不同的指令在微架构不同的位置执行。
管线（Pipeline）分为几个不同的阶段（Stage），这些阶段包含取指令，指令解码，执行指令，以及写回结果。管线是微架构其中一项主要的工作。
超标量（Super-scalar）
超标量（Super-scalar）体系结构的CPU在一个时钟周期可以同时分派（dispatching）多条指令在不同的执行单元中被执行，这就实现了指令级的并行。超标量能够在相同的CPU主频下实现更高的CPU吞吐率（throughput）。处理器的内核中一般有多个执行单元（或称功能单元），如算术逻辑单元、位移单元、乘法器等等。超标量体系结构可以视作多指令多数据（MIMD, Multiple instruction multiple data)。
Super-scalar CPUs add the possibility to issue more then one instruction per cycle. As long as these instructions are independent, each of them is dispatched into one of several parallel pipelines. Therefore, a super-scalar CPU can achieve an IPC (Instructions Per Cycle) higher than 1.
执行单元（Execution Units）
执行单元（Execution units）也是微架构的基本元件。执行单元包含算术逻辑单元（ALU），浮点运算器（FPU），Load/Store单元（LSU），分支预测（branch prediction），以及SIMD。这些单元在处理器内进行计算。执行单元的数量和时延（latency）（内存存取结果的时间）及吞吐率（throughput）（将结果存到或是读取出内存的速度），影响微架构的效能。
算术逻辑单元ALU (Arithmetic Logic Unit )
对两个储存于暂存器的数字进行add，subtract，multiply，divide,将结果放到一个暂存器内。
执行位操作，藉对两组数字（为两串的数字，都由零与一构成，分别储存于两个暂存器内）执行逻辑与和逻辑或，或者对寄存器的每一位执行逻辑非操作；（Bitwise logical operations or Bitwise shift operations）
比较两个寄存器中的数据（例如是大于或者相等）；
SIMD (Single instruction multiple data )
Each core has a SIMD unit in a CPU
SIMD execution model
(a) Scalar mode: one operation produces one result.
(b) SIMD mode: one operation produces multiple results.
缓存设计（Cache）
处理器的指令集架构
指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA），又称指令集或指令集体系，是计算机体系结构中与程序设计有关的部分，包含了基本数据类型，指令集，寄存器，寻址模式，存储体系，中断，异常处理以及外部I/O。
指令集架构包含一系列的opcode即操作码（机器语言），以及由特定处理器执行的基本命令。
- 复杂指令集运算（Complex Instruction Set Computing，CISC）
- 精简指令集运算（Reduced Instruction Set Computing，RISC）
- 显式并行指令集运算（Explicitly Parallel Instruction Computing，EPIC）
- 超长指令字指令集运算（Very long instruction word, VLIW）
英特尔处理器
英特尔处理器的微架构
Intel Nehalem
Intel Sandy Bridge
Intel Ivy Bridge
Intel Haswell
Intel Skylake
英特尔处理器的指令集
- x86
x86是一个指令集架构家族，最早由英特尔在1978年面市的“Intel 8086”CPU上开发出来。
- x86-64
x86-64（简称x64）是64位版本的x86指令集，向后兼容于16位及32位的x86架构。x64于1999年由AMD设计，AMD首次公开64位集以扩充给x86，称为“AMD64”。其后也为英特尔所采用，现时英特尔称之为“Intel 64”.
- MMX
MMX（Matrix Math eXtensions）是由英特尔开发的一种SIMD多媒体指令集，共有57条指令。它于1996年集成在英特尔奔腾（Pentium）MMX处理器上，以提高其多媒体数据的处理能力。其优点是增加了处理器关于多媒体方面的处理能力，缺点是占用浮点数寄存器进行运算。
- SSE {1, 2, 3, 4.1, 4.2}
SSE（Streaming SIMD Extensions） 是继MMX的扩充指令集。SSE加入新的8个128位寄存器（XMM0～XMM7）。
- AVX
AVX指令集（Advanced Vector Extensions，即高级向量扩展指令集）,是Intel的SSE延伸架构，把寄存器XMM 128bit提升至YMM 256bit，以增加一倍的运算效率。
AVX2指令集将整数操作扩展到了256位，并引入了FMA指令集作为扩充。AVX-512则将指令进一步扩展到了512位。
- FMA
FMA指令集（Fused-Multiply-Add）是Intel的AVX扩充指令集，如名称上熔合乘法累积（Fused Multiply Accumulate）的意思一样。
FMA3：是一种三元运算指令集。
FMA4：是一种四元运算指令集。
- Intel-VT
英特尔虚拟化技术（IVT，Intel Virtualization Technology）是由英特尔开发的一种虚拟化技术，利用IVT可以对在系统上的客操作系统，通过虚拟机查看器（VMM，Virtual Machine Monitor）来虚拟一套硬件设备，以供客操作系统使用。
IVT不仅需要处理器的支持，也需要芯片组、BIOS的支持，有时也许还需要软件的支持。
VT-d技术,“直接输入/输出虚拟化”（Virtualization for Directed I/O）。
VT-x技术，IA-32的IVT扩展指令集。
Intel intrinsic instructions
Intel intrinsic instructions是用C语言的风格可以直接在源代码中调用的英特尔处理器指令。（C style functions that provide access to many Intel instructions）
可调用的指令集包括：SSE, AVX, AVX2, FMA
超微半导体AMD
Barcelona 微架构
Bulldozer 微架构
Zen 微架构
ARM架构
ARM 高级精简指令集机器（Advanced RISC Machine）
ARM微架构
流水线：较早的设计具备三阶段的流水线：提取指令、解码，并运行。较高性能的设计，如ARM9，则有更深阶段的流水线： Cortex-A8有13阶段的流水线。
Advanced SIMD (NEON) is a combined 64- and 128-bit SIMD instruction set that provides standardized acceleration for media and signal processing applications.
VFP (Vector Floating Point) technology is an FPU(Floating-Point Unit) coprocessor extension to the ARM architecture
具体微架构： ARMv8-A、ARMv8.1-A、ARMv8.2-A
ARM指令集
ARM指令集： AArch64/A64、AArch32/A32
编译器支持
Most efficient 64-bit ARMv8-A processor with full ARMv7-A compatibility
ARMv8.3-A architecture is now supported by the GCC 7 compiler.
计算机软件
编程过程（Programming）
高级编程语言（High level Programming language），如C++, Java, Python 等等，用于创作源代码。
源代码（source code）→ 预处理器（preprocessor）→ 编译器（compiler）（语法检测）→ 汇编程序（assembler）→ 目标代码（object code）
目标代码（object code） → 链接器（Linker）(链接system library)→ 可执行文件（executables）
机器代码(Machine code)或机器指令 (instructions )
编程语言（Programming language）
硬件编程语言
设计处理器等集成电路的硬件描述语言
- HDL (Hardware Description Language)
https://en.wikipedia.org/wiki/Hardware_description_language
- VHDL
https://zh.wikipedia.org/wiki/VHDL
- Verilog
https://zh.wikipedia.org/wiki/Verilog
软件编程语言
You can use go with gore
编辑器（Editor）
IDE 集成开发环境
- 微软 Visual Studio 2012
- Eclipse
开源的图形化集成开发环境
- Vim / vi
文本编辑器 Text Editor
编译器（Compiler）
GCC（GNU Compiler Collection），一套编程语言编译器，以GPL及LGPL许可证所发行的自由软件，也是GNU项目的关键部分，也是GNU工具链的主要组成部分之一。
链接器（Linker）
GNU linker (or GNU ld) is the GNU Project's implementation of the Unix command ld
常用软件
操作系统（OS）
管理计算机硬件的软件。
- Linux ：
发行版 Ubuntu Linux， CentOS Linux，
- Windows ：
微软公司推出的操作系统， 如Windows 10。
- Mac OS
苹果公司推出的操作系统，如Leopard。
数据库（database）
管理数据的软件。
- 关系型数据库
MySQL
- NoSQL ->NewSQL
其他工具软件
办公软件office套件。
软件工程
规划开发软件的项目管理，包括软件需求分析、软件设计、软件开发和实现、软件测试等环节。
设计模式 Design Pattern
成对编程 Pairing Programming
敏捷编程 Agile Programming
协同开发
Git
协同开发工具。
CI
连续集成和测试。
单元测试
科技创业
案例-开发移动应用app
案例-开发系统软件
