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一、引子 前面我们用了三讲，用一个个的电路组合，制作出了一个完整功能的CPU。这里面一下子给你引入了三个“周期”的概念，分别是指令周期、机器周期（或者CPU周期）以及时钟周期。 你可能会有点摸不着头脑了，为什么小小一个CPU，有那么多的周期（Cycle）呢？我们在专栏一开始，不是把CPU的性能定义得 阅读全文
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一、引子 上一讲，我们讲解了时钟信号是怎么实现的，以及怎么利用这个时钟信号，来控制数据的读写，可以使得我们能把需要的数据“存储”下来。那么，这一讲，我们要让计算机“自动”跑起来。 通过一个时钟信号，我们可以实现计数器，这个会成为我们的PC寄存器。然后，我们还需要一个能够帮我们在内存里面寻找指定数据地 阅读全文
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一、引子 上一讲，我们看到，要能够实现一个完整的CPU功能，除了加法器这样的电路之外，我们还需要实现其他功能的电路。其中有一些电路，和我们实现过的加法器一样，只需要给定输入，就能得到固定的输出。这样的电路，我们称之为 组合逻辑电路（Combinational Logic Circuit）。 1、只有 阅读全文
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一、引子 过去这么多讲，我们的程序都是自动运行且正常运行的。自动运行的意思是说，我们的程序和指令都是一条条顺序执行，你不需要通过键盘或者网络给这个程序任何输入。正常运行是说，我们的程序都是能够正常执行下去的，没有遇到计算溢出之类的程序错误。 不过，现实的软件世界可没有这么简单。一方面，程序不仅是简单 阅读全文
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一、引子 过去几年，最知名、最具有实用价值的ASIC就是TPU了。各种解读TPU论文内容的文章网上也很多。不过，这些文章更多地是从机器学习或者AI的角度，来讲解TPU。 上一讲，我为你讲解了FPGA和ASIC，讲解了FPGA如何实现通过“软件”来控制“硬件”，以及我们可以进一步把FPGA设计出来的电 阅读全文
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一、引子 过去很长一段时间里，大家在讲到高科技、互联网、信息技术的时候，谈的其实都是“软件”。从1995年微软发布Windows 95开始，高科技似乎就等同于软件业和互联网。著名的风险投资基金Andreessen Horowitz的合伙人Marc Andreessen，在2011年发表了一篇博客，声 阅读全文
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一、引子 上一讲，我带你一起看了三维图形在计算机里的渲染过程。这个渲染过程，分成了顶点处理、图元处理、栅格化、片段处理，以及最后的像素操作。这一连串的过程， 也被称之为图形流水线或者渲染管线。 因为要实时计算渲染的像素特别地多，图形加速卡登上了历史的舞台。通过3dFx的Voodoo或者NVidia的 阅读全文
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一、引子 1、为什么Windows操作系统、用了SSD的系统盘，就不能用磁盘碎篇整理功能？ 如果你平时用的是Windows电脑，你会发现，用了SSD的系统盘，就不能用磁盘碎片整理功能。这是因为，一旦主动去运行磁盘碎片整理功能，就会发生一次块的擦除，对应块的寿命就少了一点点。这个SSD的擦除寿命的问题 阅读全文
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一、引子 讲完了CPU，我带你一起来看一看计算机里的另外一个处理器，也就是被称之为GPU的图形处理器。过去几年里，因为深度学习的大发展，GPU一下子火起来了，似乎GPU成了一个专为深度学习而设计的处理器。那GPU的架构究竟是怎么回事儿呢？它最早是用来做什么而被设计出来的呢？ 想要理解GPU的设计，我 阅读全文
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一、引子 过去几年里，整个计算机产业届，都在尝试不停地提升I/O设备的速度。把HDD硬盘换成SSD硬盘，我们仍然觉得不够快；用PCI Express接口的SSD硬盘替代SATA接口的SSD硬盘，我们还是觉得不够快，所以，现在就有了傲腾（Optane）这样的技术。 但是，无论I/O速度如何提升，比起C 阅读全文
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一、引子 随着3D垂直封装技术和QLC技术的出现，今年的“618”，SSD硬盘的价格进一步大跳水，趁着这个机会，我把自己电脑上的仓库盘，从HDD换成了SSD硬盘。我的个人电脑彻底摆脱了机械硬盘。 随着智能手机的出现，互联网用户在2008年之后开始爆发性增⻓，大家在网上花的时间也越来越多。这也就意味着 阅读全文
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一、引子 我在第5讲讲计算机指令的时候，给你看过MIPS体系结构计算机的机器指令格式。MIPS的指令都是固定的32位长度，如果要用一个打孔卡来表示，并不复杂。 第6讲的时候，我带你编译了一些简单的C语言程序，看了x86体系结构下的汇编代码。眼尖的话，你应该能发现，每一条机器码的长度是不一样的。 而C 阅读全文
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上世纪60年代，计算机还是异常昂贵的设备，实际的计算机使用需求要面临两个挑战。 第一，计算机特别昂贵，我们要尽可能地让计算机忙起来，一直不断地去处理一些计算任务。第二，很多工程师想要用上计算机，但是没有能力自己花钱买一台，所以呢，我们要让很多人可以共用一台计算机。 一、缘起分时系统 为了应对这两个问 阅读全文
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一、引子 性能问题 机器指令里面的内存地址都是虚拟内存地址。程序里面的每一个进程，都有一个属于自己的虚拟内存地址空间。我们可以通过地址转换来获得最终的实际物理地址。我们每一个指令都存放在内存里面，每一条数据都存放在内存里面。因此，“地址转换”是一个非常高频的动作，“地址转换”的性能就变得至关重要了。 阅读全文
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一、简单页表 1、页表的概念 想要把虚拟内存地址，映射到物理内存地址，最直观的办法，就是来建一张映射表。这个映射表，能够实现虚拟内存里面的页，到物理内存里面的页的一一映射。这个映射表，在计算机里面，就叫作 页表（PageTable）。页表这个地址转换的办法，会把一个内存地址分成 页号（Directo 阅读全文
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在专栏一开始的时候，我和你说过，在计算机组成原理这门课里面，很多设计的核心思路，都来源于性能。在前免讲解CPU的时候，相信你已经有了切身的感受了。 大部分程序员开发的都是应⽤系统。在开发应用系统的时候，我们遇到的性能瓶颈大部分都在I/O上。在第36讲讲解局部性原理的时候，我们一起看了通过把内存当作是 阅读全文
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在1991年，我刚接触计算机的时候，很多计算机还没有硬盘。整个操作系统都安装在5⼨或者3.5寸的软盘里。不过，很快⼤部分计算机都开始⽤上了直接安装在主板上的机械硬盘。到了今天，更早的软盘早已经被淘汰了。在个人电脑和服务器里，更晚出现的光盘也已经很少用了。机械硬盘的生命力仍然非常顽强。无论是作为个人电 阅读全文
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我们在前面的章节搭建了最简单的电路，在这里面，计算机的输入设备就是一个一个开关，输出设备呢，是一个一个灯泡。的确，早期发展的时候，计算机的核心是做“计算”。我们从“计算机”这个名字上也能看出这艺点。不管是中文名字“计算机”，还是英文名字“Computer”，核⼼都是在”计算“这两个字上。不过，到了今 阅读全文
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专栏讲到现在，如果我再问你，计算机五大组成部分是什么，应该没有人不知道了吧？我们这一节要讲的内容，依然要围绕这五大部分，控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。 CPU所代表的控制器和运算器，要和存储器，也就是我们的主内存，以及输入和输出设备进行通信。那问题来了，CPU从我们的键盘、鼠标接收输入 阅读全文
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在这一节内容开始之前，我们先来看一个3行的小程序。你可以猜一猜，这个程序里的循环1和循环2，运行所花费的时间会差多少？你可以先思考几分钟，然后再看我下面的解释 在这段Java程序中，我们首先构造了一个64×1024×1024大小的整型数组。在循环1里，我们遍历整个数组，将数组中每一项的值变成了原来的 阅读全文
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一、缓存一致性问题指的是什么 在这两个CPU核心里，1号核心要写一个数据到内存里。这个怎么理解呢？我拿一个例子来给你解释。 比方说，iPhone降价了，我们要把iPhone最新的价格更新到内存里。为了性能问题，它采用了上一讲我们说的写回策略， 1、先把数据写入到L2 Cache里面，然后把Cache 阅读全文
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在我工作的十几年里，写了很多Java的程序。同时，我也面试过大量的Java工程师。对于一些表示自己深入了解和擅长多线程的同学，我经常会问这样一个面试题：“ volatile这个关键字有什么作用？”如果你或者你的朋友写过Java程序，不妨来一起试着回答一下这个问题。 就我面试过的工程师而言，即使是工作 阅读全文
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上一节，我讲了哈希算法的四个应⽤，它们分别是：安全加密、数据校验、唯⼀标识、散列函数。今天，我们再来看剩余三种应用： 负载均衡、数据分片、分布式存储 你可能已经发现，这三个应用都跟分布式系统有关。没错，今天我就带你看下，哈希算法是如何解决这些分布式问题的。 应用五：负载均衡 1、如何实现一个会话粘滞 阅读全文
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平时进行服务端软件开发的时候，我们通常会把数据存储在数据库里。而服务端系统遇到的第一个性能瓶颈，往往就发生在访问数据库的时候。 这个时候，大部分工程师和架构师会拿出一种叫作“缓存”的武器，通过使用Redis或者Memcache这样的开源软件，在数据库前面提供一层缓存的数据， 来缓解数据库面临的压力， 阅读全文
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一、引子 1、指令 2、计算 然而，光知道这两部分还不能算是真正揭开了CPU的秘密，只有把“指令”和“计算”这两部分功能连通起来，我们才能构成一个真正完整的CPU。这一讲，我们就在前面知识的基础上，来看一个完整的CPU是怎么运转起来的。 二、指令周期 1、计算机每执行一条指令的过程 4.重复进行1～ 阅读全文
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一、理解存储器的层次结构 1、和阅读书籍做个对照 1、CPU比喻成计算机的“大脑”我们思考的东西、就好比CPU中的 寄存器 2、而我们大脑中的记忆，就好比 CPU Cache 2、SRAM 1、SRAM为什么被称为静态存储器 2、SRAM的存储密度不高 3、不过，因为SRAM的电路简单，所以访问速度 阅读全文
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还记得2011年CSDN的“脱库”事件吗？当时，CSDN网站被黑客攻击，超过600万用户的注册邮箱和密码明问被泄露，很多网友对CSDN明⽂保存用户密码行为产生了不满。 如果你是CSDN的⼀名易程师，你会如何存储用户密码这么重要的数据吗？仅仅MD5加密一下存储就够了吗？ 要想搞清楚这个问题，就要先弄明 阅读全文
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一、LRU 缓存淘汰算法 1、回顾LRU淘汰算法 2、一个缓存主要包含哪些操作 3、单独使用链表和组合使用对比 4、hnext的作用 5、如何把时间复杂度降到O(1) 在缓存中查找一个数据 从缓存中删除一个数据 往缓存中添加一个数据 二、Redis有序集合 1、有序集合 2、有序集合的操作 3、单独 阅读全文
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通过上一节的学习，我们知道，散列表的查询效率并不能笼统地说成是O(1)。它跟散列函数、装载因子、散列冲突等都有关系。如果散列函数设计得不好， 或者装载因子过大，都可能导致散列冲突发生的概率升高，查询效率下降。 在极端情况下，有些恶意的攻击者，还有可能通过精⼼构造的数据，使得所有的数据经过散列函数之后 阅读全文
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Word这种文本编辑器你平时应该经常见吧，那你有没有留意过它的拼写检查功能呢？一旦我们在Word里输入一个个错误的英文单词，它就会用标红的放式提示“拼写错误”。 Word的这个单词拼写检查功能，虽然很小但却非常实用。你有没有想过，这个功能是如何实现的呢？其实啊，一点儿都不难。只要你学完今天的内容，散 阅读全文
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你是不是感到很疑惑，浮点数的近似值究竟是怎么算出来的？浮点数的加法计算又是怎么回事儿？在实践应用中，我们怎么才用好浮点数呢？这一节，我们就一起来看这几个问题 一、浮点数的二进制转换 1、十进制浮点数9.1 2、小数的二进制表示是怎么回事 3、浮点数其实是用二进制的科学计数法来表示的 4、为什么0.3 阅读全文
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今天我们来聊聊“链表（Linked list）”这个数据结构。学习链表有什么用呢？为了回答这个问题，我们先来讨论一个经典的链表应⽤场景，那就是LRU缓存淘汰算法。 缓存是一种提高数据读取性能的技术，在硬件设计、软件开发中都有着非常广泛的应用，比如常用的CPU缓存、数据库缓存、浏览器缓存等等。 缓存的 阅读全文
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技巧一：理解指针或引用的含义 1、指针和引用有什么关系 2、代码实现 技巧二：警惕指针丢失和内存泄漏 1、指针是如何弄丢的呢？ 我拿单链表的插入操作为例来给你分析一下 如图所示，我们希望在结点a和相邻的结点b之间插入结点x，假设当前指针p指向结点a。如果我们将代码实现变成下面这个样子，就会发⽣指针丢 阅读全文
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一、python是静态还是动态类型？是强类型还是弱类型？ 1、动态强类型语言(不少人误以为是弱类型) 不要傻傻分不清 2、动态还是静态指的是编译期还是运行期确定类型 3、强类型指的是不会发生隐式类型转换 若类型语言 强类型语言 4、python作为后端语言优缺点 1、胶水语言、轮子多、应用广泛 2、 阅读全文
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一、案例环境描述 1、环境准备 2CPU,4GB内存 预先安装docker sysstat工具 案例总共由三个容器组成： 1、包括一个 MySQL 数据库应用、2、一个商品搜索应用3、一个数据处理的应用。 其中，商品搜索应用以 HTTP 的形式提供了一个接口： /：返回 Index Page；/db 阅读全文
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一、案例环境描述 1、环境准备 2CPU,4GB内存 预先安装docker sysstat工具 2、温馨提示 案例中 Python 应用的核心逻辑比较简单，你可能一眼就能看出问题，但实际生产环境中的源码就复杂多了。所以，我依旧建议，操作之前别看源码，避免先入为主，要把它当成一个黑盒来分析。这样 你可 阅读全文
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一、在软硬件接口中，CPU帮我们做了什么事情 1、从硬件角度看CPU 2、软件工程师看CPU 3、不同的cpu能听懂的语言不太一样 4、不同的指令无法相通 5、存储程序型计算机 一台IBM的Plugboard 二、从编译到汇编，代码怎么变成机器码？ 1、C 语言程序程序案例 1、我们拿一小段真实的 阅读全文
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一、MySQL逻架构图 二、连接器工作原理刨析 1、连接器工作原理图 2、原理图说明 1、连接命令 2、查询链接状态 3、长连接端连接 1、什么是长链接？ 数据库里面，长连接是连接成功后，如果客户端持续有请求，则一直使用同一个链接。 2、什么是短连接？ 短连接则是指每次执行完很少的几次查询就断开连接 阅读全文
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一、文件系统的功能规划 1、引子 咱们花了这么长的时间，规划了会议室管理系统，这样多个项目执行的时候，隔离性可以得到保证。 但是，会议室里面被回收，会议室里面的资料就丢失了。有一些资料我们希望项目结束也能继续保存， 这就需要一个和项目运行生命周期无关的地方，可以永久保存，并且空间也要比会议室大的多。 阅读全文
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一、浮点数的不精确性 1、引子 我们开发一个电商App商品的价格常常会是 9 块 9； 现在流行的深度学习算法，对应的机器学习里的模型里的各个权重也都是 1.23 这样的数。 可以说，在实际的应用过程中，这些有零有整的实数，是和整数同样常用的数据类型，我们也需要考虑到。 2、不是0.9而是 0.89 阅读全文