计算机高级CPU设计

提升的历程

01 早期的提升是通过加快晶体管的切换速度来进行提升, 但是很快遇到的瓶颈.

02 增加各种复杂的指令,如: 加密,压缩,直接除,游戏等, 指令太多, 如何快速传递数据给CUP呢, RAM成为瓶颈
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数据要用线来传递, 叫"总线", 长度只有几厘米,电信号几近光速.,但是CPU每秒可以出来上亿条指令, 很小的延迟也会成为问题
RAM 还需要时间找地址,取数据,配置,输出数据
一条"从内存读取数据"的指令可能需要多个时钟周期, CPU需要等数据

方式一缓存

新的架构: 给CPU增加缓存, 这样,RAM给CPU数据时可以一次传一批,而不是一个一个传.
当然,开始会比较慢,但是后面会加速.因为内存的指令是按照顺序执行的.
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因为距离问题, 缓存一个时钟周期就可以给数据.
如果缓存的数据已经缓存了,叫缓存命中, 如果数据不再缓存中, 叫缓存未命中
当然CPU的计算结果也会存在缓存中, 这样缓存和RAM中的数据就会不一致, 这种不一致必须记录下来, 之后要同步.
缓存的每个位置都有一个特殊标记, 叫脏位
一般缓存满了, CPU又需要缓存时, 就会发生同步.

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方式二指令流水线

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那么可以流水进行.

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问题是: 这个首先需要弄清楚各个指令的依赖关系, 必要时需要停止流水线,避免出现问题
很多高端CPU设备会动态排序有依赖的指令, 叫乱序执行
因为高效, 几乎现代所有的处理器都有流水线
但是遇到JUMP时, 流水线就会有分支, 这时出现了 “分支预测”, 就是猜测哪个分支的可能性比较大. 目前的CPU正确率高达90%