Last Updated: 2024-01-21 14:55:31 Sunday
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所谓经典计算，是区别于量子计算而言的，即我们非常熟悉的采用二进制计算的电脑系统。经典计算经过半个多世纪的发展，个人感觉有一些底层的设计已经几乎固化了，看不到任何不一致的case。本文尝试简要总结这些设计，从程序员的角度出发。
二进制（binary）
经典计算是二进制计算。所有的CPU都是二进制计算，因为这是最简单直接并符合直觉的。
1个Byte等于8bits
据说8bits的由来，是为了在传输ASCII编码时，做奇偶校验。很多CPU的寻址单位是Byte，内存以Byte为单位，网络协议以Byte为单位长度设计协议报文....任何地方，一个Byte都等于8bits。
补码（two's complementary）
自1965年开始，几乎所有的计算机就都采用补码来表达负整数。原因是：
Stored-Program
程序的代码和数据，都要先调入内存，然后才能运行。多个程序可同时在内存中，由OS调度执行。我对这个设计没啥感觉，就像对阿拉伯数字系统也没啥感觉一样，但它们都是伟大的设计！
调用栈（Stack）
在编程的上古时期，程序员全都只用汇编的年代，调用栈就出现了。它支持了接口调用，而有了接口调用，就可以多人分工，不同的接口交给不同的人编写。现代程序员已经几乎脱离了汇编，都工作在high level，维护调用栈的工作，全都交给了编译器。在ISA层面，X86提供了直接操作调用栈的指令，而RISC-V很节省，但通过其提供的其它通用指令，也完全可以实现操作调用栈的功能。
调用栈有个有趣的细节，它是从高地址向下扩展，栈顶指针总是指向低地址。我认为这个设计是刻意而为之的，因为不管是大端还是小端平台，任何变量的地址，都是从低地址开始，栈顶指向低地址，可以轻松实现存取。
IEEE754浮点数标准
正如补码统一整数计算一样，IEEE754浮点数标准统一浮点数计算。
深度学习所采用BF16标准虽不在IEEE754标准体系中，但整体设计思想与IEEE754完全一样。
CPU中的Pipeline
现在已经几乎见不到没有采用pipeline技术的CPU了。这个技术充分调动了硬件功能，降低了CPI，提供了程序员无感知的ILP（Instruction Level Parallel），是个很优雅的设计。现代Superscaler体系，集成了多条精心打造的pipeline，pipeline就像ALU一样，是CPU内部的基础部件。
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