CPU 步进器
CpuStepper
单步执行 CPU 指令流水线。观察每条指令如何经过取指→译码→执行→访存→写回五个阶段,理解 CPU 和内存的协作。
挑战进度: 0 / 4
挑战 1: 第一条指令
观察第一条指令进入流水线的过程
T0时钟周期
CPU 流水线
IF
空
ID
空
EX
空
MEM
空
WB
空
已完成指令
0
流水线中指令
0
指令序列
#1ADD R1, R2, R3
#2SUB R4, R1, R5
#3MUL R6, R4, R2
#4DIV R7, R6, R1
#5ADD R8, R7, R3
💡 流水线原理
CPU 流水线将指令执行分为 5 个阶段:取指、译码、执行、访存、写回。 理想情况下,每个时钟周期可以完成一条指令(IPC=1),大幅提升处理速度。 但数据冒险(后一条指令依赖前一条的结果)和控制冒险(分支跳转)会导致流水线停顿。
关联教材
以下教材与本沙盒涉及的抽象层级相关,建议系统学习:
深入理解计算机系统
Randal E. Bryant, David R. O'Hallaron
进阶12 章
计算机系统要素
Noam Nisan, Shimon Schocken
入门12 章
操作系统导论
Remzi H. Arpaci-Dusseau, Andrea C. Arpaci-Dusseau
进阶7 章
计算机体系结构:量化研究方法
John L. Hennessy, David A. Patterson
高级7 章
隐匿在计算机软硬件背后的语言(第2版)
Charles Petzold
入门20 章
数字设计和计算机体系结构(RISC-V 版)
David Harris, Sarah Harris
入门8 章
关联教材章节
以下教材章节与本沙盒涉及的抽象层级相关,建议配合阅读:
第1章深入理解计算机系统
计算机系统漫游
勿以浮沙筑高台
系统概览抽象层次Amdahl定律
第2章深入理解计算机系统
信息的表示和处理
我们生活在比特组成的世界
十六进制补码浮点数位运算
第3章深入理解计算机系统
程序的机器级表示
有时候你要学会像机器一样思考
x86-64汇编寻址模式栈帧过程调用
第4章深入理解计算机系统
处理器体系结构
万丈高楼平地起
Y86-64流水线控制逻辑流水线冒险
第5章深入理解计算机系统
优化程序性能
我们可以做的更好
编译器优化循环展开并行性存储器山
第6章深入理解计算机系统
存储器层次结构
万能的金字塔模型
SRAM/DRAM缓存局部性存储器山
第8章深入理解计算机系统
异常控制流
操作系统:唯一的使命就是帮助程序运行
异常进程系统调用信号
第9章深入理解计算机系统
虚拟内存
假装我们有用不完的物理内存
虚拟地址页表TLB内存映射
第3章计算机系统要素
时序逻辑
让电路记住状态
触发器寄存器计数器RAM
第4章计算机系统要素
机器语言
CPU 能理解的指令
指令集寻址模式汇编
第5章计算机系统要素
计算机体系结构
把一切组装起来
CPU设计总线存储映射
第3章数据密集型应用系统设计
存储与检索
数据库内部如何工作
B-TreeLSM-TreeSSTable索引
学习路径推荐
建议按以下顺序学习,循序渐进掌握计算机科学:
使用说明
- •调整参数观察行为变化,实时反馈
- •状态自动编码到 URL,可直接分享给他人
- •支持键盘操作(Tab 切换、方向键调整)