计算机组成与设计 软硬件接口(RISC-V)读书随笔

本来这本书是ckr在上个学期推荐我去看的一本书，那时候我刚好开始学CS61C，于是顺带着看了看书，后面因为考试，比赛导致这本书不了了之，最近终于有时间，把这本书重新拾起来，略读了一遍，感觉受益颇丰。

其实一开始我是先学的CS61C，但是感觉后面的东西看视频讲解太过于枯燥了，于是转而去看书，LAB补到了08，就没再做下去。proj太花时间了，东西学到了，再做下去有点不值得，所以就只做了两个。这门课先从C语言程序开始讲起，然后层层深入，深入到汇编，再深入到电路逻辑，最后讲到计算机组成和设计的一些东西，虽然说是教体系结构，但是感觉已经比一般的课要深入很多了。

说回这本书，第一章大概就是讲了一些抽象的思想，比如优化的步骤，8个伟大思想。第二章开始从程序设计语言深入到汇编，不过这本书的汇编讲的多，实践的少，所以这部分我是主要跟着课程来的，用RISC-V写了一个CNN，大概就过去了，然后了解了一下代码是如何从一大串英文字符变成指令，再变成机器码的，这部分是在我学习的过程中受到的第一次震撼，兴奋了很久。然后继续学下去之后，开始涉及数字电路，这部分也是跟着CS61C走的，花了一些时间画了点神奇的东西，比如四选一选择器这种基础的元件和一些应用场景。随后紧跟着是数据通路的设计，当时真的被那个复杂的电路图给吓到了，但是跟着课程一点一点学下来，之后又看着书巩固了一下，有种茅塞顿开的感觉，基本的32位数据通路变成了一系列的电路逻辑，简直就是天才般的构想，换做是我，估计一辈子也做不出来。了解到了流水线优化和所谓的气泡时间，还学到了RISC V中的指令是怎么变成数字逻辑的。做完这个部分按理来说应该画一个流水线CPU，但是我没有去做这个proj，直接去继续往下学的新东西。后面的部分看着课程很麻烦，就直接去看的书，也就是书本的第五章，层次化存储。这个部分主要就是讲了Cache相关的东西，重点是Cache的命中率和局部性性质。这部分我把lab07补了一下，最让我印象深刻的是多级缓存的设计和局部性性质，三层for循环由于局部性特征导致的缓存命中率不同，进而影响到了运行速度，甚至能差到一个数量级。虚拟内存的存在也使得一些过大的程序得以实现。这很夸张，我真的很难想象到底是什么样的人才能构思出这种神仙的设计，通过一系列中间件来解决物理上的一些限制，后面的I/O我直接跳过了。第六章的并行主要看的课本，大概了解了一下什么是SISD，MIMD，SIMD，MISD和向量机处理模式，了解了一下GPU和CPU的区别，以及多处理器网络拓扑和集群的概念。大概就结束了这本书的主要内容。

这本书真的让我对计算机的认识彻底改观，让我之前一些无法解释的编程中的问题得到了解释，比如矩阵运算的加速那一部分，还有如何从代码变成了二进制。同时还拓展了视野。换做之前，我看到汇编和二进制可能直接就跑了，但是现在，我甚至可以看看汇编指令，理解其中的实现逻辑，然后思考一下能否优化。cache部分的设计理念也给我带来了相当大的震撼，以至于我兴奋的一晚上直接啃完了两个lab外加一个章节。

总结一下学的新东西，大概就是二进制数制运算，基础数字电路，CPU设计，汇编，层次化存储(Cache，SRAM，DRAM)，计算机体系结构，以及初步了解并行结构。受益匪浅，深感自己的无知。

总而言之，CS61C和《计算机组成与设计(软硬件接口)》这两样东西是绝对值得去一学的。虽然学的时候会感觉很硬核，很难，但是相信我，学完之后，特别是对于只会写代码不了解底层的人，绝对会带来极大的思维上的提升和理解深度的加深，以及对计算机体系的了解。