计算机科学速成课听课随笔3
#高级CPU设计（简
随着科技技术的增加，人们不断提高CPU的时钟速度，以此来适应越来越多的指令，此时CPU的处理速度就会超过数据的供应速度
RAM需要时间去找出地址，取数据，配置，通过总线（BUS）输出数据给CPU，CPU空等数据就产生了“延迟”
解决延迟的方法之一就是给CPU加一点RAM，叫做“缓存”
由于CPU中空间不大，所以缓存也不大，一般只有KB或者MB
有了缓存之后，CPU从RAM中拿数据的时候，就不用一次拿一个了，可以一次拿一批都放在缓存中
如果想要的数据已经在缓存中，叫做 缓存命中
想要的数据不在缓存中，叫做 缓存未命中
缓存也可以当临时空间，存一些中间值，适合长/复杂的运算
数据存储的时候，而不再是直接存储到RAM，而是先储存在缓存，这样不仅存的快，需要接着算的时候，取值也快一点
但是此时产生了一个问题，缓存和RAM不一致了
这个不一致必须记录下类，之后要同步
因此，每一块缓存中都有一个特殊标记，叫做“脏位‘
同步一般发生在 当缓存存满了而CPU又要缓存的时候，清理缓存腾出空间之前，会先检查”脏位“
如果脏位是“脏的”，就会将缓存中的数据写回RAM，在向缓存中写入新的数据
另一种解决延迟的方法 叫做”指令流水线“
可以用”并行处理“提高效率
CPU的按序处理为”取码，解码，执行“不断重复，又因为每一个步骤用的是CPU的不同部分，所以意味着可以使用并行处理
取码一个指令的同时，可以解码下一个指令，可以执行下下一个指令
但是还是会有一些问题
第一个问题就是 指令之间的依赖关系 在一些指令的执行过程中，会改变并发处理下当前读取指令的数据
要避免这个问题，就要提前理清关系，必要时停止
在高级的CPU中，会动态排序这些有依赖的指令来优化流水线的停工时间，这叫做“乱序执行”
第二个问题就是 条件跳转的指令 ，这些指令会改变程序的执行顺序
简单的流水线处理器，会稍等一会等到条件值确定下来，在做接下来程序的执行
而高级的流水线处理器，会进行“推测执行”，由CPU去猜测当前条件的条件值，并提前去在缓存中塞入该推测的条件值之后的指令
如果猜对了就可以马上运行，猜错了只能清空流水线，从头再来
为了减少冲头再来的次数，防止浪费时间，CPU厂商开发了一个方法“分支预测”，正确率高达90%
还可以更近一步，加几个相同的电路，执行出现频次很高的指令
还有一个解决延迟的办法就是 同时运行多个指令流 用多核处理器
也就是一个CPU中，有很多独立处理单元
他们整合紧密，可以共享一些资源，像是缓存，来进行多核运算
多核不够用就可以用多个CPU，超级计算机就是如此组成的