CPU的《长安十二时辰》是如何运行的？
时间：2021-11-05 13:59:58
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[导读]本文转载自歪睿老哥话说，2021年一天，临近假日，有大厂程序员却还在加班写代码调BUG，不由得对996福报心生愤懑，恰逢天降异象，火星冲日，这段代码时光倒流，反汇编印入简牍，成为一部有字天书，落入了长安皇城。当时恰逢大唐开源盛世，李隆基获得此天书，观星监告知天降祸事，圣人于是立马...
本文转载自歪睿老哥
话说，2021年一天，临近假日，有大厂程序员却还在加班写代码调BUG，不由得对996福报心生愤懑，恰逢天降异象，火星冲日，这段代码时光倒流，反汇编印入简牍，成为一部有字天书，落入了长安皇城。当时恰逢大唐开源盛世，李隆基获得此天书，观星监告知天降祸事，圣人于是立马要求靖安司司丞李泌在《长安十二时辰》之内，解码此天书，否则提头来见。
李泌心想，都是2021年的未来之人996孽气太重，导致火星冲日，天降祸书，与我何干？但转念一想，此事干系重大，如不破译，则996孽气降临长安，八水福地不见女儿欢笑颜色，六朝古都难觅男儿威武气魄。寰宇之内，帝国盛世不再，天灾人祸，谁又能置身事外，七尺男儿，岂可袖手旁观？遂决定要仔细参详此事。李泌看完天书，丝毫没有头绪，恰好贺知章老师来访，于是与老师商议此事。老师说，此乃开源（开元）盛世，我手头有一部开源指令集，相赠于你，看能否解开此谜。李泌打开一看，心下大喜，正是RISC-V开源指令集，于是豁然开朗。
李泌通读一遍，心中粗略一算，已有丘壑，遂大喊一声：不如造一个未来人们所谓的中央处理器CPU，解码此天书，又有何难？我中华文化，博大精深，CPU不过是一个高级算盘而已，这段代码天书，我定要解出来，看究竟是在运行何解释。贺老师问他，听闻未来的CPU都是芯片设计，用硅制成，我大唐尚无此科技树点成，如何制备？李泌道：如果长安城为整个片上系统（SOC），那么我靖安司就是整个长安城的CPU。老师请看整个系统舆图：如果要解码此汇编天书，我靖安司制备一CPU仅需5人足以。完成一个CPU的任务；由我李泌，檀棋，徐宾，姚汝能，张小敬，外加一算盘可也。贺老站在一旁，看李泌安排。
李泌的靖安司CPU设计任务分工如下
李泌：负责解码未来天书汇编，并且统一指挥所有人工作；
檀棋：负责保管32个箱子，每个箱子里面有一个数值；按照李泌的指令来把任意两个箱子里面数值传递给徐宾，将徐宾计算后的值再存入对应的箱子；
徐宾：负责按照李泌的要求，把檀棋传递来的两个值，通过算盘计算后，返回给檀棋；
姚汝能：负责给李泌找到未来天书（汇编），这些未来天书存储在皇城，需要姚每次给李泌来取；
张小敬：负责按照李泌的要求，把檀棋箱子里的数值传递到长安城的任意位置，或者将长安城的任意位置的数值找到放入檀棋相应的箱子；
按照开源指令集上的指令，李泌解码成功，准备输入CPU进行运算。
靖安司准备就位，CPU可以运作，大家十分紧张，看看这新组成的CPU能不能运行这汇编天书。
首先李泌开始解码第一条指令：第1步：姚汝能去皇城（指令存储区），把一条（0x104C）汇编天书取来（0x0005a783）给李泌；第2步：李泌解码；第3步：李泌指挥张小敬，去太仓宫（数据存储区）取地址编号是a1的书简，果然是获取昨日东市存储的卖货金额；然后放到a4的箱子里面；张小敬出门上马，沿着朱雀大道一路狂奔，来到西市，拿到书简上的昨日的卖货金额，然后一路狂奔回司，交给檀棋，放入a5的箱子；第一条指令执行完毕。
第二条指令：第1步：姚汝能去皇城（指令存储区），按顺序取下一条（0x1050）汇编天书取来（0x00052703）给李泌；
第2步：李泌解码；第3步：李泌指挥张小敬，去东市地址是A1的摊位上，获取今天卖货的金额，然后放到a5的箱子里面。
第三条指令：第1步：姚汝能去皇城（指令存储区），把下一条汇编天书取来（00e787b3）；给李泌；第2步：李泌边解码边对贺老说：老师且看，此句汇编天书，我已解读如下， 0000_0000_1110_0111_1000_0111_1011_0011 rs2=x14=a5； rs1=x15=a5； rd=x15=a5； opcode= 0110011 =add只不过是将两个通用寄存器的数值相加而已，所谓CPU，只不过做些小儿能做的事情罢了。贺老不住点头称是。
第3步：李泌指挥檀棋把a4，a5的箱子里面存贮的数值给徐宾；第4步：徐宾用算盘把a4,a5的数值相加，把计算结果返回给檀棋；第5步：檀棋把计算结果，存储到a5的箱子里面，覆盖原来的结果。
第四条指令：第1步：姚汝能去皇城（指令存储区），把最后一条汇编天书取来（00f30053），给李泌；第2步：李泌解码；第3步：李泌指挥张小敬，把a5箱子里面的数值，在放入太仓宫a1地址的书简里面。运行完毕，李泌和贺老师拊掌大笑，此乃雕虫小计！看来通过我靖安司的CPU的处理，这段天书就是要把今天东市售卖数量统计到太仓宫的总数里面去，这样可以获取最新的售卖数量。真是简单至极，看来未来21世纪的人类，其技术水平，也不过如此。装置即成，众人大喜，终于获知天书之意，不过是一段简单的C程序编译而已：
听闻李泌已经破解，且改造靖安司为CPU，圣人携左右来参观其原理。见靖安司众人，在李泌的指挥下，CPU运行井井有条，不仅大大称奇，啧啧赞叹道，未来人的智慧也不过如此，李泌竟能在如此短时间内，制作出如此精良的靖安司CPU，破解天书，免去996孽报，真乃大唐得力干将也。所谓CPU是高科技，也不过如此而已。众人皆诺诺称是。圣人看檀棋生的俊俏，不由多看几眼，又见其抱着32个箱子，便对李泌言道，为什么只有32个箱子，我大唐物博于天下，不能多准备些箱子吗？李泌解释说：这些箱子的学名叫做通用寄存器。未来人做设计CPU，通用寄存器一般是16个或者32个，因其是2的倍数，所以更易于编码。如果做更多，比如64或者128个，也是可以的，但是其编码就需要更多的位数，例如目前32个通用寄存器，编码占用5bit，两个源，一个目的，就占用了15bit。如果是64个或者128个，则就占用18bit或者21bit。占用更多的指令空间，陛下的书简就只能写更少的指令。如果更少，比如4个或者8个，那么用于数值的暂存，就有些腾挪不开，需要频繁的访问靖安司外部存储区（例如太仓宫），那效率就降低了。所以综合来说，以32或者16为宜。李隆基不住点头，见李泌年龄不大，但是见识深厚，他日必为我大唐栋梁之才。站在一旁的右相李林甫见状，劈头便问道：你这个CPU运行一条指令，用时几何？李泌答道，约一炷香5分钟时间。右相说，我听闻未来21世纪的CPU，每秒钟可以运行1G次甚至5G次，（1000 000 000次），你这个靖安思CPU，一炷香5分钟一次，效率太低；实在损伤我大唐颜面。另外，听闻未来CPU绝不像你这么粗鄙的做法，就类似圣人常做的曲水流觞，一殇未至，下一觞早出发已，圣人喝酒的精神，李司丞能领会吗？李泌心想，不就是还没有喝完，就再给下一杯酒吗？喝完，下一杯也到了，喝起来没完，这是嗜酒酒鬼的喝酒方法，此乃奸臣所为。回应道：流水（pipeline）的设计，也是容易的，就是姚汝能在搬运指令后，交付给我，则可以取下一条指令了，我只管译码，接下来，檀棋根据译码结果输出箱子相应的数值徐宾，徐宾计算完毕，返回值到箱子中。这个流水的做法，也是寻常的。请圣人见图示所示：
圣人见图示，说，李泌果然能理解朕的曲水流觞之意，不错不错。李泌补充说，增加流水简单，但是增加频次这个仍要商榷。太仓宫与皇宫、东市皆在我靖安司外，姚汝能/张小敬快马驰骋朱雀大街，已是不易，如今增加频次，恐力不能逮。右相李林甫道：李司丞少年英才，必有办法。传元载设鼓与靖安司，每分钟一鼓，每鼓必要能够操作一条指令，这样靖安司CPU比可为我大唐解决算力低下的问题，以后东西市每天的卖货之数等等，不一而足，都要通过靖安司的CPU的计算后，记录于太仓宫中，可以清楚明白我大唐经济运行之趋势，为圣人决策分忧。李隆基闻后心下大喜，道，右相不亏帝国柱石，每天右相所想之统计货物之算法，由贺之章贺老编制成指令天书，由靖安司负责执行。
遂下旨：
奉天承运，皇帝诏曰：为增加靖安司CPU效率；1：提升靖安司CPU的频率，每分钟执行一次指令，由元载监督敲鼓；2：仿照圣人曲水流觞，增加靖安司的流水流程。钦此
旨意下完，圣人携左右满意而归。每天，右相李林甫产生众多统计想法，由贺之章贺老编制成指令天书交给靖安司CPU来完成，任务繁杂，靖安司再无宁日。一日，姚汝能和张小敬怨声载道，与李泌言道，靖安司离皇城、太仓、东西市，路程遥远，遂千里马也难1分钟往返。你作为译码人，在靖安司里面动动嘴即可，丝毫不费力，哪管我们死活。你上面动动嘴，我们下面跑断腿，这个工作实难完成。元载听了充耳不闻，仍然是不紧不慢的每分钟一次的敲鼓。李泌心下烦躁，一时语塞，众人正说着，贺之章贺老来访，李泌把大家的怨言赘述一遍。贺老说：我听闻，未来CPU亦有类似问题，有一法可解。李泌问道，如何能解，请贺老详细道来。在靖安司设置两个缓存处（cache）解决此事，一处为姚汝能所用，用于存储指令为（icache），另一处为张小敬所用，用于存储所取数据（dcache）。这样，姚汝能可以一次取16条指令放入指令缓存处（cache line是64字节）；另外，张小敬也可以如法炮制，取东市的16个地址摊位的数据，如果运气好的话，16次计算只需要跑一次即可。两人听闻，心下大喜，终于可以得到片刻的休息了。除此之外，贺老和李泌商议，又设置两个新的部分，分别在靖安司设置指令和数据紧密存储区（ICCM/DCCM），这样贺老每天写的前4096条指令，直接放入靖安司指令紧密存储区（ICCM），免去了去皇宫搬移之苦；同时，太仓宫的前4096个竹简的统计也可以直接放入靖安司数据紧密存储区（DCCM）。只有这些之外的，才需要张小敬和姚汝能来取。靖安司CPU设置完毕，运行开始，居然效率大大提升；张小敬和姚汝能也可以游刃有余的完成所任。
多日后，圣人想起靖安司一事，差人前往观之，皆高效且井井有条，不由下旨称赞。右相不知其故，元载告之，右相恨恨不已，遂告圣人曰，靖安司处理游刃有余，现长安九门多货物来往，狼卫常携带火器来往，故需靖安司统计各门进出之物，可有效护卫长安安宁。圣人曰，大善。自此以后，靖安司CPU业务日趋繁忙，工作997，众人繁忙终日，无暇休息。李泌心想，常言道：为众人抱薪者,不可使其冻毙于风雪。想我李泌设计靖安司CPU，解码天书，拯救长安于996孽报，还大唐长安盛世，不想圣人竟把我给我安排997“福报”，每分每秒都成为都要为圣人卖力，变成CPU一部分，真是作茧自缚，作法自毙，自作孽不可活也。于是陷入深深的懊悔之中（自此下令严禁后代学习此CPU技术，也不让徐宾记录在案，故年长日久，竟不为外人知晓。故中华之CPU技术淹没至今，一直落后于外国。996孽报害人不浅，需后人引以为鉴也。可惜后人哀之而不鉴之，亦使后人而复哀后人也。此乃后话，暂且不提。话说一日，靖安司CPU众人正紧密运行统计安远门货物时，杨玉环杨真人怒气冲冲走了进来，欲治罪众人。
预知后事如何请关注公众号：歪睿老哥
话说，2021年一天，临近假日，有大厂程序员却还在加班写代码调BUG，不由得对996福报心生愤懑，恰逢天降异象，火星冲日，这段代码时光倒流，反汇编印入简牍，成为一部有字天书，落入了长安皇城。当时恰逢大唐开源盛世，李隆基获得此天书，观星监告知天降祸事，圣人于是立马要求靖安司司丞李泌在《长安十二时辰》之内，解码此天书，否则提头来见。
李泌心想，都是2021年的未来之人996孽气太重，导致火星冲日，天降祸书，与我何干？但转念一想，此事干系重大，如不破译，则996孽气降临长安，八水福地不见女儿欢笑颜色，六朝古都难觅男儿威武气魄。寰宇之内，帝国盛世不再，天灾人祸，谁又能置身事外，七尺男儿，岂可袖手旁观？遂决定要仔细参详此事。李泌看完天书，丝毫没有头绪，恰好贺知章老师来访，于是与老师商议此事。老师说，此乃开源（开元）盛世，我手头有一部开源指令集，相赠于你，看能否解开此谜。李泌打开一看，心下大喜，正是RISC-V开源指令集，于是豁然开朗。
李泌通读一遍，心中粗略一算，已有丘壑，遂大喊一声：不如造一个未来人们所谓的中央处理器CPU，解码此天书，又有何难？我中华文化，博大精深，CPU不过是一个高级算盘而已，这段代码天书，我定要解出来，看究竟是在运行何解释。贺老师问他，听闻未来的CPU都是芯片设计，用硅制成，我大唐尚无此科技树点成，如何制备？李泌道：如果长安城为整个片上系统（SOC），那么我靖安司就是整个长安城的CPU。老师请看整个系统舆图：如果要解码此汇编天书，我靖安司制备一CPU仅需5人足以。完成一个CPU的任务；由我李泌，檀棋，徐宾，姚汝能，张小敬，外加一算盘可也。贺老站在一旁，看李泌安排。
李泌的靖安司CPU设计任务分工如下
李泌：负责解码未来天书汇编，并且统一指挥所有人工作；
檀棋：负责保管32个箱子，每个箱子里面有一个数值；按照李泌的指令来把任意两个箱子里面数值传递给徐宾，将徐宾计算后的值再存入对应的箱子；
徐宾：负责按照李泌的要求，把檀棋传递来的两个值，通过算盘计算后，返回给檀棋；
姚汝能：负责给李泌找到未来天书（汇编），这些未来天书存储在皇城，需要姚每次给李泌来取；
张小敬：负责按照李泌的要求，把檀棋箱子里的数值传递到长安城的任意位置，或者将长安城的任意位置的数值找到放入檀棋相应的箱子；
按照开源指令集上的指令，李泌解码成功，准备输入CPU进行运算。
靖安司准备就位，CPU可以运作，大家十分紧张，看看这新组成的CPU能不能运行这汇编天书。
首先李泌开始解码第一条指令：第1步：姚汝能去皇城（指令存储区），把一条（0x104C）汇编天书取来（0x0005a783）给李泌；第2步：李泌解码；第3步：李泌指挥张小敬，去太仓宫（数据存储区）取地址编号是a1的书简，果然是获取昨日东市存储的卖货金额；然后放到a4的箱子里面；张小敬出门上马，沿着朱雀大道一路狂奔，来到西市，拿到书简上的昨日的卖货金额，然后一路狂奔回司，交给檀棋，放入a5的箱子；第一条指令执行完毕。
第二条指令：第1步：姚汝能去皇城（指令存储区），按顺序取下一条（0x1050）汇编天书取来（0x00052703）给李泌；
第2步：李泌解码；第3步：李泌指挥张小敬，去东市地址是A1的摊位上，获取今天卖货的金额，然后放到a5的箱子里面。
第三条指令：第1步：姚汝能去皇城（指令存储区），把下一条汇编天书取来（00e787b3）；给李泌；第2步：李泌边解码边对贺老说：老师且看，此句汇编天书，我已解读如下， 0000_0000_1110_0111_1000_0111_1011_0011 rs2=x14=a5； rs1=x15=a5； rd=x15=a5； opcode= 0110011 =add只不过是将两个通用寄存器的数值相加而已，所谓CPU，只不过做些小儿能做的事情罢了。贺老不住点头称是。
第3步：李泌指挥檀棋把a4，a5的箱子里面存贮的数值给徐宾；第4步：徐宾用算盘把a4,a5的数值相加，把计算结果返回给檀棋；第5步：檀棋把计算结果，存储到a5的箱子里面，覆盖原来的结果。
第四条指令：第1步：姚汝能去皇城（指令存储区），把最后一条汇编天书取来（00f30053），给李泌；第2步：李泌解码；第3步：李泌指挥张小敬，把a5箱子里面的数值，在放入太仓宫a1地址的书简里面。运行完毕，李泌和贺老师拊掌大笑，此乃雕虫小计！看来通过我靖安司的CPU的处理，这段天书就是要把今天东市售卖数量统计到太仓宫的总数里面去，这样可以获取最新的售卖数量。真是简单至极，看来未来21世纪的人类，其技术水平，也不过如此。装置即成，众人大喜，终于获知天书之意，不过是一段简单的C程序编译而已：
听闻李泌已经破解，且改造靖安司为CPU，圣人携左右来参观其原理。见靖安司众人，在李泌的指挥下，CPU运行井井有条，不仅大大称奇，啧啧赞叹道，未来人的智慧也不过如此，李泌竟能在如此短时间内，制作出如此精良的靖安司CPU，破解天书，免去996孽报，真乃大唐得力干将也。所谓CPU是高科技，也不过如此而已。众人皆诺诺称是。圣人看檀棋生的俊俏，不由多看几眼，又见其抱着32个箱子，便对李泌言道，为什么只有32个箱子，我大唐物博于天下，不能多准备些箱子吗？李泌解释说：这些箱子的学名叫做通用寄存器。未来人做设计CPU，通用寄存器一般是16个或者32个，因其是2的倍数，所以更易于编码。如果做更多，比如64或者128个，也是可以的，但是其编码就需要更多的位数，例如目前32个通用寄存器，编码占用5bit，两个源，一个目的，就占用了15bit。如果是64个或者128个，则就占用18bit或者21bit。占用更多的指令空间，陛下的书简就只能写更少的指令。如果更少，比如4个或者8个，那么用于数值的暂存，就有些腾挪不开，需要频繁的访问靖安司外部存储区（例如太仓宫），那效率就降低了。所以综合来说，以32或者16为宜。李隆基不住点头，见李泌年龄不大，但是见识深厚，他日必为我大唐栋梁之才。站在一旁的右相李林甫见状，劈头便问道：你这个CPU运行一条指令，用时几何？李泌答道，约一炷香5分钟时间。右相说，我听闻未来21世纪的CPU，每秒钟可以运行1G次甚至5G次，（1000 000 000次），你这个靖安思CPU，一炷香5分钟一次，效率太低；实在损伤我大唐颜面。另外，听闻未来CPU绝不像你这么粗鄙的做法，就类似圣人常做的曲水流觞，一殇未至，下一觞早出发已，圣人喝酒的精神，李司丞能领会吗？李泌心想，不就是还没有喝完，就再给下一杯酒吗？喝完，下一杯也到了，喝起来没完，这是嗜酒酒鬼的喝酒方法，此乃奸臣所为。回应道：流水（pipeline）的设计，也是容易的，就是姚汝能在搬运指令后，交付给我，则可以取下一条指令了，我只管译码，接下来，檀棋根据译码结果输出箱子相应的数值徐宾，徐宾计算完毕，返回值到箱子中。这个流水的做法，也是寻常的。请圣人见图示所示：
圣人见图示，说，李泌果然能理解朕的曲水流觞之意，不错不错。李泌补充说，增加流水简单，但是增加频次这个仍要商榷。太仓宫与皇宫、东市皆在我靖安司外，姚汝能/张小敬快马驰骋朱雀大街，已是不易，如今增加频次，恐力不能逮。右相李林甫道：李司丞少年英才，必有办法。传元载设鼓与靖安司，每分钟一鼓，每鼓必要能够操作一条指令，这样靖安司CPU比可为我大唐解决算力低下的问题，以后东西市每天的卖货之数等等，不一而足，都要通过靖安司的CPU的计算后，记录于太仓宫中，可以清楚明白我大唐经济运行之趋势，为圣人决策分忧。李隆基闻后心下大喜，道，右相不亏帝国柱石，每天右相所想之统计货物之算法，由贺之章贺老编制成指令天书，由靖安司负责执行。
遂下旨：
奉天承运，皇帝诏曰：为增加靖安司CPU效率；1：提升靖安司CPU的频率，每分钟执行一次指令，由元载监督敲鼓；2：仿照圣人曲水流觞，增加靖安司的流水流程。钦此
旨意下完，圣人携左右满意而归。每天，右相李林甫产生众多统计想法，由贺之章贺老编制成指令天书交给靖安司CPU来完成，任务繁杂，靖安司再无宁日。一日，姚汝能和张小敬怨声载道，与李泌言道，靖安司离皇城、太仓、东西市，路程遥远，遂千里马也难1分钟往返。你作为译码人，在靖安司里面动动嘴即可，丝毫不费力，哪管我们死活。你上面动动嘴，我们下面跑断腿，这个工作实难完成。元载听了充耳不闻，仍然是不紧不慢的每分钟一次的敲鼓。李泌心下烦躁，一时语塞，众人正说着，贺之章贺老来访，李泌把大家的怨言赘述一遍。贺老说：我听闻，未来CPU亦有类似问题，有一法可解。李泌问道，如何能解，请贺老详细道来。在靖安司设置两个缓存处（cache）解决此事，一处为姚汝能所用，用于存储指令为（icache），另一处为张小敬所用，用于存储所取数据（dcache）。这样，姚汝能可以一次取16条指令放入指令缓存处（cache line是64字节）；另外，张小敬也可以如法炮制，取东市的16个地址摊位的数据，如果运气好的话，16次计算只需要跑一次即可。两人听闻，心下大喜，终于可以得到片刻的休息了。除此之外，贺老和李泌商议，又设置两个新的部分，分别在靖安司设置指令和数据紧密存储区（ICCM/DCCM），这样贺老每天写的前4096条指令，直接放入靖安司指令紧密存储区（ICCM），免去了去皇宫搬移之苦；同时，太仓宫的前4096个竹简的统计也可以直接放入靖安司数据紧密存储区（DCCM）。只有这些之外的，才需要张小敬和姚汝能来取。靖安司CPU设置完毕，运行开始，居然效率大大提升；张小敬和姚汝能也可以游刃有余的完成所任。
多日后，圣人想起靖安司一事，差人前往观之，皆高效且井井有条，不由下旨称赞。右相不知其故，元载告之，右相恨恨不已，遂告圣人曰，靖安司处理游刃有余，现长安九门多货物来往，狼卫常携带火器来往，故需靖安司统计各门进出之物，可有效护卫长安安宁。圣人曰，大善。自此以后，靖安司CPU业务日趋繁忙，工作997，众人繁忙终日，无暇休息。李泌心想，常言道：为众人抱薪者,不可使其冻毙于风雪。想我李泌设计靖安司CPU，解码天书，拯救长安于996孽报，还大唐长安盛世，不想圣人竟把我给我安排997“福报”，每分每秒都成为都要为圣人卖力，变成CPU一部分，真是作茧自缚，作法自毙，自作孽不可活也。于是陷入深深的懊悔之中（自此下令严禁后代学习此CPU技术，也不让徐宾记录在案，故年长日久，竟不为外人知晓。故中华之CPU技术淹没至今，一直落后于外国。996孽报害人不浅，需后人引以为鉴也。可惜后人哀之而不鉴之，亦使后人而复哀后人也。此乃后话，暂且不提。话说一日，靖安司CPU众人正紧密运行统计安远门货物时，杨玉环杨真人怒气冲冲走了进来，欲治罪众人。
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