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原创 深入浅出计算机组成原理—原理篇13-14

原创 深入浅出计算机组成原理—原理篇11-12

原创 深入浅出计算机组成原11 | 二进制编码：“手持两把锟斤拷，口中疾呼烫烫烫”？

理解二进制的“逢二进一”一个 4 位的二进制数， 0011 就表示为 +3。而 1011 最左侧的第一位是 1，所以它就表示 -3。这个其实就是整数的原码表示法。原码表示法有一个很直观的缺点就是，0 可以用两个不同的编码来表示，1000 代表 0， 0000 也代表 0。于是，我们就有了补码表示法。我们仍然通过最左侧第一位的 0 和 1，来判断这个数的正负。但是，我们不再把这一位当成单独的符号位，在剩下几位计算出的十进制前加上正负号，而是在计算整个二进制值的时候，在左侧最高位前面加个负号。eg:1011

原创 深入浅出计算机组成原理10 | 动态链接：程序内部的“共享单车”

链接可以分动、静，共享运行省内存如果我们能够让同样功能的代码，在不同的程序里面，不需要各占一份内存空间，那该有多好啊！这个思路就引入一种新的链接方法，叫作动态链接（Dynamic Link）。相应的，我们之前说的合并代码段的方法，就是静态链接（Static Link）。在动态链接的过程中，我们想要“链接”的，不是存储在硬盘上的目标文件代码，而是加载到内存中的共享库（Shared Libraries）。这个加载到内存中的共享库会被很多个程序的指令调用到。在 Windows 下，这些共享库文件就是.dll

原创 深入浅出计算机组成原理09 | 程序装载：“640K内存”真的不够用么？

程序装载面临的挑战上一讲，我们看到了如何通过链接器，把多个文件合并成一个最终可执行文件。在运行这些可执行文件的时候，我们其实是通过一个装载器，解析 ELF 或者 PE 格式的可执行文件。装载器会把对应的指令和数据加载到内存里面来，让 CPU 去执行。说起来只是装载到内存里面这一句话的事儿，实际上装载器需要满足两个要求。第一，可执行程序加载后占用的内存空间应该是连续的。 第二，我们需要同时加载很多个程序，并且不能让程序自己规定在内存中加载的位置。我们可以在内存里面，找到一段连续的内存空间，然后分配给装载

原创 深入浅出计算机组成原理08 | ELF和静态链接：为什么程序无法同时在Linux和Windows下运行？

编译、链接和装载：拆解程序执行

原创 深入浅出计算机组成原理07 | 函数调用：为什么会发生stack overflow？

Stack Overflow 的名字来自于一个常见的报错，就是栈溢出（stack overflow）。为什么我们需要程序栈？从一个非常简单的 C 程序 function_example.c 看起。在这段代码里，main 函数和上一节我们讲的的程序执行区别并不大，它主要是把 jump 指令换成了函数调用的 call 指令。call 指令后面跟着的，仍然是跳转后的程序地址。我们来看 add 函数。可以看到，add 函数编译之后，代码先执行了一条 push 指令和一条 mov 指令；在函数执行结束的时

原创 深入浅出计算机组成原理06 | 指令跳转：原来if...else就是goto

CPU 是如何执行指令的？对于我们这些做软件的程序员来说，我们只要知道，写好的代码变成了指令之后，是一条一条顺序执行的就可以了。我们先不管几百亿的晶体管的背后是怎么通过电路运转起来的，逻辑上，我们可以认为，CPU 其实就是由一堆寄存器组成的。而寄存器就是 CPU 内部，由多个触发器（Flip-Flop）或者锁存器（Latches）组成的简单电路。N 个触发器或者锁存器，就可以组成一个 N 位（Bit）的寄存器，能够保存 N 位的数据。比方说，我们用的 64 位 Intel 服务器，寄存器就是 64 位

原创 深入浅出计算机组成原理05 | 计算机指令：让我们试试用纸带编程

在软硬件接口中，CPU 帮我们做了什么事？CPU 的全称是 Central Processing Unit，中文是中央处理器。从硬件的角度来看，CPU 就是一个超大规模集成电路，通过电路实现了加法、乘法乃至各种各样的处理逻辑。从软件的角度来讲，CPU 就是一个执行各种计算机指令（Instruction Code）的逻辑机器。这里的计算机指令，就好比一门 CPU 能够听得懂的语言，我们也可以把它叫作机器语言（Machine Language）。一个计算机程序，不可能只有一条指令，而是由成千上万条指令组成的

原创 深入浅出计算机组成原理04 | 穿越功耗墙，我们该从哪些方面提升“性能”

功耗：CPU 的“人体极限”我们的 CPU，一般都被叫作超大规模集成电路（Very-Large-Scale Integration，VLSI）。这些电路，实际上都是一个个晶体管组合而成的。CPU 在计算，其实就是让晶体管里面的“开关”不断地去“打开”和“关闭”，来组合完成各种运算和功能。想要计算得快，一方面，我们要在 CPU 里，同样的面积里面，多放一些晶体管，也就是增加密度；另一方面，我们要让晶体管“打开”和“关闭”得更快一点，也就是提升主频。而这两者，都会增加功耗，带来耗电和散热的问题。功耗 ~=

原创 深入浅出计算机组成原理03 | 通过你的CPU主频，我们来谈谈“性能”究竟是什么

什么是性能？时间的倒数对于计算机的性能，我们需要有个标准来衡量。这个标准中主要有两个指标。第一个是响应时间（Response time）或者叫执行时间（Execution time）。想要提升响应时间这个性能指标，你可以理解为让计算机“跑得更快”。第二个是吞吐率（Throughput）或者带宽（Bandwidth），想要提升这个指标，你可以理解为让计算机“搬得更多”。我们一般把性能，定义成响应时间的倒数，也就是：性能 = 1/ 响应时间计算机的计时单位：CPU 时钟虽然时间是一个很自然的用来衡

原创 深入浅出计算机组成原理02 | 给你一张知识地图，计算机组成原理应该这么学

计算机组成原理知识地图整个计算机组成原理，就是围绕着计算机是如何组织运作展开的。计算机组成原理的英文叫 Computer Organization。这里的 Organization 是“组织机构”的意思。计算机由很多个不同的部件放在一起，变成了一个“组织机构”。这个组织机构最终能够进行各种计算、控制、读取输入，进行输出，达成各种强大的功能。在这张图里面，我们把整个计算机组成原理的知识点拆分成了四大部分，分别是计算机的基本组成、计算机的指令和计算、处理器设计，以及存储器和 I/O 设备。计算机的基本

原创 深入浅出计算机组成原理01 | 冯·诺依曼体系结构：计算机组成的金字塔

计算机的基本硬件组成首先要说的是CPU，它是计算机最重要的核心配件，全名你肯定知道，叫中央处理器（Central Processing Unit）。第二个重要的配件，就是内存（Memory）。你撰写的程序、打开的浏览器、运行的游戏，都要加载到内存里才能运行。程序读取的数据、计算得到的结果，也都要放在内存里。内存越大，能加载的东西自然也就越多。主板是一个有着各种各样，有时候多达数十乃至上百个插槽的配件。我们的 CPU 要插在主板上，内存也要插在主板上。主板的芯片组（Chipset）和总线（Bus）解决了

原创 深入浅出计算机组成原理00开篇词 | 为什么你需要学习计算机组成原理

开篇词 | 为什么你需要学习计算机组成原理计算机底层知识的“第一课”理论和实践相结合我要把这些知识点和日常工作、生活以及整个计算机行业的发展史联系起来，教你真正看懂、学会、记住组成原理的核心内容，教你更多地从“为什么”这个角度，去理解这些知识点，而不是只是去记忆“是什么”。...