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今生相逢便是缘分，何苦去怨恨，何苦去仇视。
上帝把我制造出来，给我了一个很小的脑容量，为数不多的寄存器能临时的记一点东西，但是上帝给我打开了一扇特别的窗户，那就是像阿甘一样，跑的飞快。+ H' U. n0 X7 r* I+ \
6 W7 E0 o- Q& E5 Z' k w0 J6 E 到底有多快呢？我这么比喻一下吧，我的工作都是以纳秒为单位的，你们人间的一秒，我可能已经做了1000,000,000（10亿）次动作了。
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相比而言，内存比我慢100倍，硬盘比我慢1000多万倍，你说我快不快？7 D: c& t4 W) I, S- D" ~) f
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启 动
6 p9 ^$ B9 p3 I9 ~/ H/ V 我住在一个机箱里，每天早上一阵电流把我叫醒，还夹杂着嗡嗡的声音，我知道我忠实的护卫电风扇又开始工作了，我特别怕热，又运行的飞快，如果没有电风扇给我降温，我很快就会生病，生病的后果很严重，那就是我的伙伴们像内存了，硬盘了。。全部都要罢工了，没有我这个系统就会陷入的一片死寂。+ v* Q* t2 h% I1 y4 O
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我听说有些CPU的福利很好，竟然待在恒温恒湿，一尘不染的托管机房里，让我好生羡慕。
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我的脑容量很小，所以醒来后只想起了我的创造者告诉我的几件事情：. h6 v$ B$ K' B$ U0 R3 B4 X+ M
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1.你的工作就是运行指令
$ w' a1 O4 ~ h" t X, ^ 2.你不能保存指令，你的指令全在内存里
+ a9 R) p' m; \+ G4 q 3.你的第一条指令在内存的最顶端处0xFFFFFFF0
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; J6 j7 @- ]7 H$ K! J 那还有什么可说的，赶紧打电话给内存要指令，电话通过系统总线，还得通过I/O桥电话局需要转接一下，再通过存储总线接通内存。3 V2 [) [6 n% J) T) R8 w0 ^9 A
" ~1 f0 W: t1 e+ S S; z1 } "哥们，把这个地址处的指令给我说一下吧"# ^* f4 x* _9 `; c& w" V; ?
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"你是谁？"内存竟然把我忘了，当然，他断了电和我一样，失忆了。#j347:
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"我是阿甘啊，我们经常聊天来着，你忘了？"
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内存磨磨唧唧半天才把数据发了过来（比我慢100倍啊），这是一条跳转指令，我立刻回忆起来了，这是我的老朋友BIOS等着我去运行他那一堆指令呢。
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: Y z* U6 ?9 [8 @3 V# ~; d 我给BIOS打电话:“老弟，今天干点啥？”
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: x( \: }4 L4 C/ B. k" E% a5 d “阿甘，早上好"BIOS从不失忆，把所有人都记得清清楚楚“还不是老一套啊，无非做一下系统的自检，看看内存，硬盘，显卡等这些老伙计们有没有问题，有问题的话用小喇叭提示一下主人”: R& G! ~% L o) m
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这些过程我已经轻车熟路了，很快搞定，像往常一样，没有问题，我还把一个叫做中断向量表的东西给弄好了，我知道一会而要用8 O1 o, H, b7 v4 a) }
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这些东西都搞完了，BIOS果然告诉:"阿甘，int 0x19"; v4 I$ z: I/ f- ?* U. S
( e0 @" h# A7 {9 f# Q 我赶紧去刚弄好的中断向量表中去查第19号，顺藤摸瓜又找到对应0x19的一大堆指令。
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9 i0 y- m; x; f; h7 {* d- w0 G" u 执行吧，这堆指令把将磁盘的第一扇区（磁盘最开始的512字节）运到内存的0X0000:0X7C00处，然后我就从此处接着执行。7 g+ ?2 k U6 C. {8 E- q: Q0 _
2 T3 i- N: Y8 w 我想起来了，接下来有一大堆精巧的指令把迷迷糊糊的操作系统从硬盘中唤醒，运输到内存中来。(此处实在是复杂，略去10万字。。。。)
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" l) d8 I9 g" N/ G 你看这就是为啥他们叫我阿甘，我做事飞快，但非得别人告诉去哪里执行才行，要不然我就只会坐在那里无所适从。
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0 e& v. G! r% @' B) Z( Q' K% l 操作系统一旦进入内存，立刻就是老大，所有人都得听他指挥。我也发现我的周围出现了一个屋子：进程屋。屋里堆着一大堆东西，什么进程描述信息包裹了，进程控制信息包裹了，我都不太关心，我只关心最最重要的两件东西：/ b$ Z: [- H) s7 F
6 ~$ T% e" }! V7 x+ b 1.我工作必备的寄存器，就放在我面前的工作台上。- a& f: Q ]0 ^+ K7 K( m% n: V7 N
2.程序计数器，我用它记住我要执行的下一条指令地址。% p0 ~5 ~3 F$ {( T4 Z( F
$ M6 {+ o2 U; h2 w "阿甘，别来无恙啊",操作系统对我还是挺不错的，先给我打招呼。
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8 n4 n4 u3 _1 `1 j, i+ i% b& C "Linux老大，今天有什么活啊"，我每次都表现的积极主动。" }. [* \7 n4 l! L4 J2 O" ~5 i
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"来，把这个hello world程序给运行了"。( h6 s+ u! z' [; s# c* ?
4 o" n! r+ p U- n- g Hello world程序还在硬盘上睡着呢，得先把他也装载到内存里，要不然我怎么执行啊。于是我就拿起电话打给硬盘，电话通过系统总线来到IO桥电话局，再转接到IO总线，这才来到硬盘这里。
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" G" {& {( e) n/ _6 X1 g: S' H% A 我在电话里请他把数据给我运过来，然后我就无所事事的坐在那里等。Linux老大立刻就怒了：阿甘，告诉你多少次了，你小子怎么还在等硬盘给你发数据！#j332:5 u1 u% J6 v# K% e( l
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是的，我忘了一件事，硬盘比我慢太多了，我执行一条指令大概是1ns，在用来读磁盘的16ms里，我能潜在的执行1600多万条指令啊。 z" m4 s# v2 [, p8 k
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我感到深深的愧疚，赶紧拿起电话打给硬盘：哥们，按我们之前商量好的，用直接内存访问（DMA）啊，你直接把数据装载到内存吧，不用经过我了，装载完成以后给我发个信号。+ F5 S- m1 I! [: A! Z4 m" K
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"这还差不多"！Linux老大心情好了些。# }: \8 n6 [& c6 S! v% Z
4 i4 p! U) y. d* H) | “阿甘，数据还没来，别闲着，这有一个菲波那切数列数列，来算一下吧”。6 t- s9 L- w5 P
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"肥波纳妾数列?这名字好古怪，老大，其实你也知道，我脑子小，懒得去理解那是啥意思，你把进程屋切换下，把程序计数器设置好，指向下一条指令，我一条条指令执行就得了“我挺没追求的。
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"真是个阿甘啊！”老大感慨到。
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我所处的进程屋立刻发生了变化（当然，这也是我辅助Linux老大干的），各种包裹的信息都变了，尤其是寄存器和程序计数器。" y4 Q; }; r/ q' |: u1 r0 P
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于是我就开始计算这个什么纳妾数列，但是这个数列似乎无穷无尽，哪个无脑子的程序员写了个无限循环吧。正在这时，我便收到了一个电话，说是Hello world的数据已经装载到内存了，让我去处理。; [- ], i% d. C, `# r
: e( ^1 N5 E" D8 |8 e! D 我放下手中的活，保存好现场，就去处理那个Hello world,果然数据已经都好了，那就切换过去运行吧。其实老大并不知道，任何人，只要你运行了相当多的数量的指令以后，你都能悟到这些程序的秘密。
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我CPU阿甘虽然傻傻的，但也架不住执行这数以万万亿的指令给我的熏陶啊。这个秘密就是：程序都是由顺序，分支，循环来组成的。其实分支和循环在我看来都是跳转而已。3 ]; D [) R6 V/ R' h
% }1 T1 f7 x6 j7 c 所以我的工作就是打电话问内存要一条指令，执行这个指令，如果是个跳转指令的话，我就问内存要跳转的目标地址的那一条指令，继续执行，生活就是这么简单。7 U" d- c4 G' l' o
" p" X v% i5 ?0 U! k t 奥对了，当然也有复杂的，就是函数调用，我得和内存紧密配合才能完成。这个咱下回再说。
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9 a2 Q; X% F8 M3 \+ [% F+ w新 装 备——缓 存 3 l" R1 y8 J+ H4 S7 g ?
提到内存，这真是我的好哥们，没有他，我几乎什么事儿都干不成，更重要的是他比硬盘快的多，读取一次数据，只需要100纳秒左右。这样我们俩说起话来就轻松多了。& q' l. a' E1 O' l, I
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每次他都说："阿甘，幸亏有你给我聊天，要不然我肯定被活活的闷死不可，那个硬盘说话是在太慢了"
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"它为啥那么慢？"我每次都问。7 @. l, _8 P" E6 K
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"硬盘是个机械是的玩意，一个磁头在一碟高速旋转的磁片上挪来挪去，光定位就慢死了"。
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8 X' P# y5 Z! Y2 L "那主人为什么要用硬盘？"
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4 F: S# E! M' J0 Q "人家虽然慢，但是不怕停电，哪像你和我，一停电全部都失去记忆了。"
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确实是，人不能把好事都占全了啊。, k j9 t# o* N. J" E
& v* X3 m' V" z5 W: \3 k8 N* c 我的指令中有些完全用我的寄存器就能完成，但是有很多都需要读写内存的数据，再加上所有的指令都在内存中存着，虽然它只比我慢个100倍，但指令多了我还是有点受不了。
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我给内存说："哥们，你能不能再快点！"
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. O7 b+ S( q. E3 j 内存说：拜托，这已经是我的极限了，阿甘，你自己再想想办法吧！我给你说啊，我留意了你最近访问的指令和数据，我发现了个规律“。9 W1 C, t/ L/ q# R. N! @( s
" m+ Z( ^; _( c( q/ v2 l "啥规律？"
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6 n# s' l# t* D1 E8 }) I- T "比如说吧，你访问了我一个内存位置以后过不多久还会多次访问，还有，一个内存位置被访问了，附近的位置很快也会访问到"（这其实叫程序的局部性原理）。7 W2 \, P, G% a: I( v
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我还以为是啥规律，其实我早就注意到了。; k' |6 T. p; l) N/ y' @' R5 D
: q" e/ ^6 y3 d) s- k7 ? L% m "这有啥用啊？”0 H% U2 c1 v/ v7 t
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"既然你经常访问同一块区域的东西，你想想如果把这些东西缓存在你那里会怎么样...."$ S' Y1 |; \+ A/ p# b4 `# ?/ m
; J; T Q$ K* F) c4 O) x 我一想有道理啊！加个缓存试试！
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& ~7 D& m: n9 M/ G 从此以后，我每次读写指令和数据，都问缓存要，缓存没有才给内存打电话。
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0 B) Z% P, {/ F1 B2 d3 i 果然，由于局部性原理的存在，我发现的确是快了不少啊。! k ^4 I/ \6 |9 P
) P3 J& I( }" O" u* Y9 K 当然也有缺点，那就是Linux老大在做程序切换的时候，缓存就会失效，因为两个程序之间没什么联系，局部性原理不起作用，所以需要重建缓存。
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2 ^; J/ P6 K# S& q/ E6 }' T, `0 r i自 我 提 升——流 水 线 " b9 f5 Z$ b- h# t6 {- w+ l
缓存让我的工作更有效率，得到了Linux老大的表扬："阿甘，我看你很聪明嘛，都会用缓存了"。
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9 ?. u+ c1 r8 F; O "我哪有那么聪明，都是内存的点子。老大，不过我学会了一个重要的东西：当你改变不了别人的话，抱怨也没用，还是先改变一下自己吧"。
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# D( ^* e7 v' a9 H "挺有哲理的吗，希望你明天重启后还能想起来！#379:"
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"我最近又发现了一个问题，正苦恼着呢，你看我有四只手，第一只手负责打电话问内存要指令，第二只手翻译指令，第三只手真正执行，第四只手有时候还得把结果写回内存。问题是，我发现经常只有一只手在忙活，其他都在闲着，你看第一只手取指令，其他手只能等着。第二只手翻译指令的时候，其他三只也得等“
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"看来以后我们不能叫你阿甘了，你已经开始思考了！#392:"
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' Q; B' M2 l0 r6 X) a7 p “这问题好解决，给你举个例子，你听说过洗车没有？和你差不多，也是先喷水，再打洗洁剂，再擦洗，最后烘干，但人家的工作方式和你不一样，人家是流水线作业，你想想，一辆车在烘干的时候，后边是不是还有三辆车，分别在喷水，打清洁剂和擦洗，每个步骤都不会空闲。”$ M& _9 `2 \; O! Y0 A# g; @+ b
* w. g$ y/ i* Y, b4 v" d! j "这么简单的道理我怎么都没有想到呢？我也可以搞个流水线啊，这样每只手都利用起来了"
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0 B, O. H* O: C9 a/ P 别人都说我们高科技，但其实原理都蕴含在生活之中啊。
7 w# G# _3 z' i" M6 Z2 ~8 Z! |1 H4 F$ g; ?' J+ L
有了缓存和流水线的帮助，让我的工作大大的加快了，大家都对我刮目相看。 他们想给我起个新名字：超人，不过我还是更喜欢他们叫我“阿甘”，多亲切。
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( y. y4 G% O: f6 ?, H# d' Q尾 声 - O% {7 P$ t) b# @
我一丝不苟，兢兢业业的运行指令，时不时和伙伴们聊天，很快一天就过去了，又到了晚上，我知道关机的时刻到了，赶紧挨个给他们道别。6 L P0 F' L8 x
) u' Y& A$ ^" A; t 很快那些让我兴奋的电流消失了，风扇的嗡嗡声也没有了，我再也无法打出电话，整个世界沉寂了。明天将会是新的一天。
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「仗剑天涯」
变色卡
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