第 9 集：高级 CPU 设计，缓存

00:24 早期是加快晶体管切换速度，来提升 CPU 速度

01:20 给 CPU 专门的除法电路 + 其他电路来做复杂操作，比如游戏，视频解码

02:28 给 CPU 加缓存，提高数据存取速度，更快喂给 CPU，用计算餐馆销售额举例

05:13 脏位 - Dirty bit

05:33 流水线设计，用 1 个洗衣机和 1 个干燥机举例

06:01 并行处理 - parallelize

07:33 乱序执行 - out-of-order execution

08:21 推测执行 - speculative execution

08:50 分支预测 - branch prediction

09:34 多个 ALU

09:54 多核 (Core)

10:11 多个独立 CPU

10:52 超级计算机，中国的"神威 太湖之光"

 

 

缓存：

CPU已经很强大，而RAM与CPU 的传输速度却没有提高，所以直接在CPU中内嵌一个RAM，叫做“缓存”

 

缓存命中/缓存未命中

 

脏位：dirty bit

当缓存中产生中间值(比如复杂运算时，会先算出一个值，先存起来后面会用到)时，缓存的数据与RAM中就不一致了(因为RAM中没有这个中间值)

这种不一致需要记录下来，之后要同步。因此缓存里每块空间有一个特殊标记，叫做“脏位”

 

异步与同步：

当“缓存”满了而CPU又需要缓存时，会检查“”脏位，如果是脏的会把数据先写回RAM，然后再清理缓存，加载新的内容

 

CPU并行：

CPU内的不同部分并行处理，使单个时钟周期可以处理一条指令

 

 

CPU并行带来的问题：

1.指令之间的依赖关系。

高端CPU会将有依赖关系的指令进行动态排序，叫做“乱序执行”

2.条件跳转

某些跳转指令会让CPU空等(要等跳转之后的结果再继续执行指令)而造成延迟。

高端CPU会“推测执行”。先进行推测，把指令排好，如果结果正确，则直接执行排好的指令；如果错误，就会清空排好的指令。

为了增加推测的正确性，CPU厂商用复杂的方法开发了“分支预测”

 

超标量处理器 —— 多核CPU

 

超级计算机