2018年11月8日，闲来无事，决定把自己近20年所学的知识做一个梳理，也把自己从事培训行业近10年的心得整理一下。可能会分为几个部分来写，初步计划会写《程序》、《网络》、《安全》三部分，之后还会写什么要看缘分了。
为什么命名为《啥都玫说》？就是因为什么都想说，也希望说了以后不影响其他人的见解。因为所记所录有的来自学校，有的来自网络，有的来自出版物，有的来自交流。有摘抄，有概括，有教案，有心得。像是随笔，又尽量追求条理和结构。想到哪写到哪，写道哪算哪。
我想再多说一次，内容有的来自网络，有的来自出版物，有的来自交流。有摘抄的部分，也有概括的部分。请不要用抄袭，雷同等问题来质问我，我写的是心得，不是出版物，只是过往的记录。
师者，传道授业解惑也。吾当尽力而为。
他日有幸得您翻阅拙作，敬请斧正。
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2.1 什么是CPU

为什么要说道CPU呢？因为程序的最终运行是要用CPU的，机器语言也就是CPU的指令集。所以我们不得不聊聊这个1000多个针脚的东西。

CPU的英文是Central Processing Unit，翻译过来也就是我们所说的中央处理器。除了被人们熟知电脑上所用的Intel的i3、i5、i7等CPU以外，AMD也同样是一个很大的电脑CPU厂商。而手机和平板上同样有CPU，比如苹果iphone的A12，还有国内很多厂商用到的麒麟、骁龙同样也都是CPU。我们后边的讨论，还是基于电脑CPU的。

CPU这个东西，相当于这些设备的大脑，它是什么东西做的我并不很在乎，我更在乎的是如何使用它，这对程序开发、优化、调试、移植才是有意义的。很多人对CPU有误解，认为它非常复杂，其实如果从研制的角度考虑，确实非常复杂，但是立足于了解它的运行机制，还不是很难。

2.2 CPU的那些破事

前边提到过冯·诺依曼体系结构定义了计算机包括了些什么，一般我们讲冯·诺依曼体系结构中定义的运算器和控制器统称为CPU，这也就告诉了我们CPU至少包括两个部分： - [x] Processing Unit（运算处理单元），简称PU - [x] Architectual State（架构状态单元），简称AS

PU就是运算器，一般就是执行运算，比如算数运算加减乘除等等。AS就是控制器，执行一些逻辑和调度方面的操作，比如控制内存访问等。

好了，聊到这里，我们开始说说CPU的那些知道了对编程无用，不知道还觉得不行的知识。比如说多核、超线程等等……

先从简单单核谈起，一般一块传统意义的单核CPU上会有一个PU、一个AS。这就好像一个小饭馆（单核CPU），夫妻店，老板兼大厨负责厨房炒菜，老板娘兼服务员点单。这时，来了一个客人，首先，走到老板娘的收银台前，看菜单准备点单。差不多5分钟后，客人点完了一份盖浇饭。老板娘抄好了单，递给了在后厨的老公。老公开始炒菜。在这个例子中，老板娘可以理解成AS，老板/大厨可以理解称PU（实际干活的）。

然后我们看多核，这里说的多核，是多个物理核，比如i3的2核，i5的4核。这种架构下，每一个物理核都有一个PU和一个AS。所以。对于i3来说，就有一共两个PU，两个AS。对于i5来说，就有就是4个PU，4个AS。接上小饭馆的例子，接上面小饭馆的列子，对于5、6个客人可能还能忙的过来。但是如果一下子来16个客人，估计就要排队了。如果再告诉夫妻二人，每10分种就有16个新客人过来点单，那么估计后来的客人只能等待了。这时，我们就需要一个更大的饭店（多核CPU）。有4个服务生、4个大厨。4个服务生同时点单，4个大厨同时做饭（1号服务生专给1号大厨下单，2号服务生专给2号大厨下单，以此类推）。这样相比小饭馆一个老板娘、一个大厨，一个客人队列，快乐许多。这里成了4个客人队列，效率比小饭馆提高4倍。16个客人，平均分配成4个队列，每个队列就只有4个客人了，情况好了很多。这还是比较容易理解的。

然后我们继续，超线程技术。超线程一般指的是硬件架构方面通过调整AS而模拟出来的“逻辑核"。简单点说，超线程就是一个物理核里面，有两个AS，一个PU。两个AS共享一个PU。具体为什么这么做？我们回去看大饭店。4个服务生，4个大厨，4个队列。会不会效率问题？当然有！每个客人都有看单选单的时间，不能保证每个客人都瞬间点单不浪费时间，有的客人难免会问东问西，点一个菜可能需要15分钟。而假设大厨平均炒一个菜需要要10分种。那剩下的那5分钟呢？大厨在厨房闲着没事干。时间全被服务生为客人点菜这个环节给浪费掉了。那有没有解决方法？当然有，就是增加服务生。这时候，我们给每个大厨多增加1个服务生，从1个服务生变成了2个服务生（AS），服务生1A和服务生1B开2个队列，同时给一个大厨（PU）下单。这样，当出现服务生1A的客人15分钟单子都没有下完的情况下，1B的客人单子很有可能3分钟下好送给大厨了（PU），这样大厨就不会站在厨房傻等1A客人的订单。这样，最大限度地榨干大厨的劳动力。而对于CPU来说，最大限度的提高了CPU的使用率，减少了CPU的（IDLE）空闲时间。有的时候，真不能怪大厨（PU）不卖力，而是你服务生（AS）点单太慢。

除此之外CPU中还有一个时间片的概念。时间片就是CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片，也就是该线程允许运行的时间，使各个程序从表面上看是同时进行的。如果在时间片结束时线程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个线程。如果线程在时间片结束前结束，则CPU立即切换。而不会造成CPU资源浪费。在宏观上看：我们可以同时打开多个程序，每个程序都可以正常、同时运行。但在微观上：由于引入了时间片，每个程序是轮流轮流运行的，只是因为时间片分配的时间太短，我们根本察觉不到。这就相当于饭店给增加了一条规定：“每个服务员只能在一桌客人处点单1分钟，若未点完，请等待。”由此服务生可以每1分钟点单1张桌子，每个服务生多开几个队列也不成问题。再多说一句，时间片的计量单位吧，称为时钟信号频率，一般以赫兹（Hz）来表示，现在我们看到CPU上标识的2。GHz指的就是时钟信号频率，1GHz=10亿次/秒。也就是说一秒钟内，CPU会划分10亿个时间片。这个时钟信号频率越高，CPU的运行速度就越快。

这里提到一个线程的概念，这个概念后边会深入挖掘一下。这里不多说。

CPU的物理结构设计上大致如此，可是远远没有我们说的这么简单。后面我们要谈论的CPU，往往是从逻辑上看的，或者是说，我们更关心的是用CPU的时候是如何使用的。

2.3 再拆CPU

CPU内部出了上边提到的部分，还有另外的重要组成部分。就是寄存器，它是用来暂时存放指令、数据等处理对象的，简单点说，寄存器里存储的是要处理的内容。寄存器可以看作是内存的一种，是距离CPU最近的内存。

一般我们所说的32位CPU或者64位CPU指的就是寄存器的二进制位（bit，比特位）有多少个，64位CPU的寄存器就有64个比特位。

根据CPU的种类和厂商不同，一个CPU内部寄存器的数量也不同。CPU工作时，控制器（也就是上边提到的AS）负责把内存上的内容读入寄存器，并根据读到的内容来运行，以控制整个计算机。运算器负责计算从内存读入寄存器的数据。时钟负责发出记时间信号。如果回到大饭店的例子当中，如何看待寄存器呢？很简单，每一个服务员都会有一个点菜用的便签本（什么破饭店，太他妈古老了），这个便签本就是我们所说的寄存器。

到此为止，我们大概就把CPU的主要结构都说明了一下具体到每个部分里边具体包括什么，不在我们的讨论范围之内。

我们来聊聊CPU对程序了些什么？或者程序对CPU做了些什么？

当程序启动后，根据时间片，控制器会把这一时间片内需要运行的内容读入寄存器。通过这些内容加以解释和运行，运算器就会根对其进行计算，控制器会根据运算器的结果来控制计算机。刚刚接触CPU基本结构的时候，都会对“控制”一此产生些许的敬畏，其实所谓的“控制”也不必想像的太复杂，它指的就是除了计算和存储以外的所有处理工作，比如在显示器上显示，从键盘上获得你敲击的字符等等内容都属于“控制”一词的范畴。