17 建立数据通路（上）：指令加运算=CPU前面几讲里，我从两个不同的部分为你讲解了 CPU 的功能。 在“ 指令”部分，我为你讲解了计算机的“指令”是怎么运行的，也就是我们撰写的代码，是怎么变成一条条的机器能够理解的指令的，以及是按照什么样的顺序运行的。 在“ 计算 ”部分，我为你讲解了计算机的“计算”部分是怎么执行的，数据的二进制表示是怎么样的，我们执行的加法和

19 建立数据通路（下）：指令加运算=CPU上一讲，我们讲解了时钟信号是怎么实现的，以及怎么利用这个时钟信号，来控制数据的读写，可以使得我们能把需要的数据“存储”下来。那么，这一讲，我们要让计算机“自动”跑起来。 通过一个时钟信号，我们可以实现计数器，这个会成为我们的 PC寄存器。然后，我们还需要一个能够帮我们在内存里面寻找指定数据地址的译码器，以及解析读取到的机器

18 建立数据通路（中）：指令加运算=CPU上一讲，我们看到，要能够实现一个完整的 CPU功能，除了加法器这样的电路之外，我们还需要实现其他功能的电路。其中有一些电路，和我们实现过的加法器一样，只需要给定输入，就能得到固定的输出。这样的电路，我们称之为组合逻辑电路 （Combinational Logic Circuit）。 但是，光有组合逻辑电路是不够的。你可以想

21 面向流水线的指令设计（下）：奔腾4是怎么失败的？上一讲，我给你初步介绍了 CPU 的流水线技术。乍看起来，流水线技术是一个提升性能的灵丹妙药。它通过把一条指令的操作切分成更细的多个步骤，可以避免CPU“浪费”。每一个细分的流水线步骤都很简单，所以我们的单个时钟周期的时间就可以设得更短。这也变相地让 CPU 的主频提升得很快。 这一系列的优点，也引出了现代桌面 CPU 的

20 面向流水线的指令设计（上）：一心多用的现代CPU前面我们用了三讲，用一个个的电路组合，制作出了一个完整功能的 CPU。这里面一下子给你引入了三个“周期”的概念，分别是指令周期、机器周期（或者 CPU周期）以及时钟周期。 你可能会有点摸不着头脑了，为什么小小一个 CPU，有那么多的周期（Cycle）呢？我们在专栏一开始，不是把 CPU的性能定义得非常清楚了吗？我们说程序的

22 冒险和预测（一）：hazard是“危”也是“机”过去两讲，我为你讲解了流水线设计 CPU 所需要的基本概念。接下来，我们一起来看看，要想通过流水线设计来提升 CPU 的吞吐率，我们需要冒哪些风险。 任何一本讲解 CPU 的流水线设计的教科书，都会提到流水线设计需要解决的三大冒险，分别是 结构冒险 （Structural Hazard）、数据冒险 （Data Hazard

23 冒险和预测（二）：流水线里的接力赛上一讲，我为你讲解了结构冒险和数据冒险，以及应对这两种冒险的两个解决方案。一种方案是增加资源，通过添加指令缓存和数据缓存，让我们对于指令和数据的访问可以同时进行。这个办法帮助CPU 解决了取指令和访问数据之间的资源冲突。另一种方案是直接进行等待。通过插入 NOP这样的无效指令，等待之前的指令完成。这样我们就能解决不同指令之间的数据依赖问

24 冒险和预测（三）：CPU里的“线程池”过去两讲，我为你讲解了通过增加资源、停顿等待以及主动转发数据的方式，来解决结构冒险和数据冒险问题。对于结构冒险，由于限制来自于同一时钟周期不同的指令，要访问相同的硬件资源，解决方案是增加资源。对于数据冒险，由于限制来自于数据之间的各种依赖，我们可以提前把数据转发到下一个指令。 但是即便综合运用这三种技术，我们仍然会遇到不得不停下整个

26 Superscalar和VLIW：如何让CPU的吞吐率超过1？到今天为止，专栏已经过半了。过去的 20 多讲里，我给你讲的内容，很多都是围绕着怎么提升 CPU 的性能这个问题展开的。 我们先回顾一下第 4 讲，不知道你是否还记得这个公式： 程序的 CPU 执行时间 = 指令数 × CPI × Clock Cycle Time 这个公式里，有一个叫 CPI 的指

25 冒险和预测（四）：今天下雨了，明天还会下雨么？过去三讲，我主要为你介绍了结构冒险和数据冒险，以及增加资源、流水线停顿、操作数前推、乱序执行，这些解决各种“冒险”的技术方案。 在结构冒险和数据冒险中，你会发现，所有的流水线停顿操作都要从 指令执行阶段开始。流水线的前两个阶段，也就是取指令（IF）和指令译码（ID）的阶段，是不需要停顿的。CPU 会在流水线里面直接去取下一条