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1、大话处理器,大话处理器,目录,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,每一个成功的男人背后都有一个成功的女人！ 傲慢与偏见，作者：简奥斯汀 每一个成功的电子产品里面至少有一个成功的处理器！ 大话处理器 有处理器的电子设备，其实都可以叫做计算机。,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
2、，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EN
3、IAC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。
4、,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
5、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,20世纪60年代,王安发明磁芯存储器。,20世纪70年代,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。,
6、20世纪80年代,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。,20世纪90年代,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。,现在,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,越来越自然,显示设备脸面,3D,电子书,投影,全息投影,越来越大 越来越靓 越来越无形,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,横向型计算机产业链,穿越时代,该时代也称为垂直
7、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,大话处理器,目录,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 +
8、 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
9、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
10、,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！,大话处理器,目录,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
11、,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”,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
12、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,八仙恣意展，各自显神通！,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,“对酒当歌，人生几何，行业纷争，去日苦多！”,x86、ARM之战,让暴风雨来得更猛烈些吧！,操作数与操作码,大话处理器,目录,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
13、. “芯”路历程明明白白我的“芯”,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,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。,线程并行,刘、关
14、、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。,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。,大话处理器,目录,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”,你在我“芯”中，留下了印记,CPU对内存条说：“你在我“芯”中，留下了印记”。,为什么需要Cache？,什么是Cache？,处理器内部一块速度比内存(DR
15、AM)快的SRAM。,为什么一小块Cache能提速？,Cache的时间局部性：你今天看了射雕英雄传，明天你很可能还会看它。（因为你没看完） Cache的空间局部性：你看完射雕英雄传后，你很可能会看神雕侠侣。,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,大话处理器,目录,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”,为什么要编写高效代码,人要跑快点，否则就要被吃掉，程序也要跑快点，否则就没人要。,怎样提高程序的运行效率,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,写软件，要有把486当奔4使的霸气！,编程是门艺术,使用更快的算法,1+2+3+100 = ?,编译器：我才是优化第一高手,利用多核来加速,人多力量大！,任务划分,数据划分,数据流划分,能写出更快
