组成原理 - 必学原理

组成原理 - 必学原理

先来看个例子, 感性认识为什么要学组成原理

int sumarrayrows(int a[M][N])
{
	int i, j, sum =0;
	for(i = 0; i < M; i++)
		for(j = 0; j < N; j++)
			sum += a[i][j];
	return sum;
}

int sumarraycols(int a[M][N])
{
	int i, j, sum =0;
	for(j = 0; j < N; j++)
		for(i = 0; i < M; j++)
			sum += a[i][j];
	return sum;
}

直接给结论, 第二个函数将比第一个函数慢非常多.
因为第二个函数完美避开局部性原理, 而这正是组成原理的内容之一.

组成原理, 是除了计算机导论这门课之后, 讲述硬件组成,数据存储等原理的一门课程.
这门课程也是很重要的基础.学好了,以后的时间就可以吃它的利息了.

计算机组成原理主要有四大块内容。

第一块，计算机的基本组成，主要包含：

• 硬件设备组成：CPU、主板、内存、硬盘、显示器等；

• 冯诺依曼体系结构：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备；

• 计算机性能：CPU 主频、响应时间、吞吐率

第二块，计算机的指令和运算，主要包含：

• 计算机指令：机器码（编译 -> 汇编 -> 机器码、指令格式和跳转、函数调用和程序栈）、程序的编译、链接、装载和执行；

• 计算机运算：二进制编码（整数、反码、补码、浮点数、定点数）、数字电路（门电路、加法器、乘法器）；

第三块，处理器设计，主要包含：

• CPU：建立数据通路、面向流水线和设计、控制冒险和数据冒险、分支预测、异常和中断、并行计算

第四块，存储器和 I/O 系统，主要包含：

• 存储器的层次结构：SRAM 存储技术、寄存器、CPU 高速缓存、内存、固态硬盘、机械硬盘；

• 存储器和 I/O 系统：虚拟内存、CPU和内存的通信、DMA技术、访问输入输出设备；

• CPU 高速缓存：局部性原理、缓存一致性协议、伪共享问题、write through 和 write back；

• 虚拟存储：缺页异常、TLB 加速地址转化、MMU 虚拟地址和物理地址转换；

其中第一、第二、第四是对开发者而言是比较重要的内容，而第三部分处理器的设计如果没时间可以先不用去了解。

在组成之上,其实还有一层, 叫计算机体系(系统)结构.搞清楚他们的区别.

这里内容太多, 不能写到博客里, 还是建议:

• 仔细阅读大话计算机.国内不多的写的很详细的好书.
• B站,mooc等公开课去找 计算机组成原理 的好课(下面推荐几门).
• 书:
  艾伦克莱门茨的 计算机组成原理 + 存储与外设,英文版是一本,中文分开了.
  编程卓越之道第一篇深入理解计算机.
  Andrew Tanenbaum的计算机组成 结构化方法;
  David Patterson & John Hennessy的计算机组成与设计 硬件软件接口,
  与 计算机体系结构 量化研究方法.
  等等,很多书都很好. 可以在网上搜.
• 之前导论文章里推荐的 【精校中英字幕】2015 CMU 15-213 CSAPP 深入理解计算机系统,【高清-中字-公开课】依据基本原理构建现代计算机：从与非门到俄罗斯方块
  这两个公开课.

麻省理工的 MIT计算机组成原理 公开课.
伯克利的 CS61C 计算机组成原理 公开课

计算机组成原理（哈工大刘宏伟） https://www.bilibili.com/video/BV1t4411e7LH?p=1
王道的计算机组成原理考研视频.
北大的计算机组成也很不错,数电没学好又不想补的,可以看北大的视频.
北大的计组是把知识点分切开讲的,每一集也就10来分钟.

这么多内容, 已经够了.
知识点就那么多, 基本已经完全覆盖了.
对于后面能不能写出好程序, 至关重要的一门课程.

如果上面都不想看, 可以看我总结的详细的知识内容:
https://github.com/TonyK922/Computer-Organization