第四十八章：十岁的小老师
他像一块乾燥的海绵，疯狂吸收著关於这两台机器的知识。
苹果ii上，他用basic写简单的图形程序，画会动的星星、跳动的音符；8086上，他学dos命令，用debug工具看內存，甚至尝试用汇编语言写几行小程序（虽然语法生涩，但逻辑清晰）。
他的进步快得惊人。
两周后，他就能用苹果ii的basic写一个贪吃蛇游戏——用方向键控制小方块移动，吃到隨机出现的食物后变长，撞到边界或自己身体则游戏结束。
虽然画面是粗糙的字符和简单图形，但逻辑完整，运行流畅。
张老师看到后，惊讶得半天说不出话：“这……这得学多久才能写出来？”
“三天，每天放学后练两小时。”陆沉说。
张老师沉默了。
他知道陆沉没说谎，但三天写出一个可运行的贪吃蛇，在任何一本编程教材里都是进阶案例，而这个十岁的孩子，只用了三天。
陆沉的计算机能力很快在实验班传开。
孙鹏缠著他教怎么改游戏参数，陈浩想了解硬体原理，刘宇则和他討论算法优化。
陆沉从不藏私，但也不会主动炫耀。
他帮孙鹏修改了贪吃蛇的移动速度，给陈浩解释了8086的寄存器结构（用修农机时齿轮传动打比方），和刘宇一起用数学公式优化了图形绘製效率。
——
特权带来的意料之中的副作用，就是学霸三人组的请教越来越频繁。
每天下午放学后，陆沉钻进里间机房没多久，外间就会响起试探性的敲门声，或者乾脆是孙鹏那標誌性的大嗓门隔著门板传来：“沉子！开门！救命！”
这天周四，陆沉正在8086 pc机上，尝试用debug工具查看一段简单的汇编程序在內存中的加载情况。
门又被敲响了，节奏急促。
陆沉保存好进度，起身开门。
门口站著三个人：一脸苦相的孙鹏，眉头紧锁的陈浩，还有抱著本厚厚《数学物理方法》的刘宇。
“沉子，江湖救急！”孙鹏率先挤进来，指著外间一台中华学习机，“我的坦克大战，好不容易改了参数，坦克跑得飞快，可一开火就死机！肯定是哪个数据溢出搞崩了！”
陈浩则递过来一张手绘的草图，上面画著8086 cpu的方块图，用箭头標註著数据流，旁边写著密密麻麻的问题：“你上次说ax、bx这些寄存器像齿轮箱里的不同齿轮，负责传递不同力道的的数据。那如果同时有多个力道要处理，cpu怎么知道先转哪个齿轮？还有这个时钟周期，是不是就像柴油机的曲轴转一圈，完成一个动作？”
刘宇没说话，只是把手里那本《数学物理方法》翻到某一页，指著上面一个用级数展开近似计算积分的公式，又指了指里间那台苹果ii：“我在想，如果要用计算机数值求解这个积分，是不是得把这个连续过程离散化？离散的步长怎么取，才能在精度和计算量之间取得平衡？我用basic写了个循环试算，但结果不太对，感觉是捨入误差累积了。”
陆沉看著眼前三位同学，一个游戏崩溃，一个刨根问底钻研硬体原理，一个试图用计算机解决高阶数学问题。
他忽然觉得这场面有点熟悉，仿佛回到了前世的实验室，同事们拿著各自的问题来找他討论。
“一个个来。”陆沉把门完全打开，让三人进来。
里间空间不大，一下子显得有点拥挤。
他先走到孙鹏的机器前。
孙鹏的坦克大战是他用basic模仿的，图形极其简陋，用字符表示坦克和墙壁。
陆沉调出原始码，快速瀏览。
“你这里，”陆沉指著一行代码，“bulletx = tankx + dirx * 3，子弹初始位置用坦克坐標加上方向向量乘以3。你想让子弹发射位置靠前一点，想法没错。但你没检查tankx + dirx*3会不会超过屏幕边界。当坦克贴边时，这个计算值可能为负或超过最大值，导致数组越界，访问了不该访问的內存地址，程序就崩了。”
“边界检查……”孙鹏恍然大悟，“我光想著让坦克跑得快，忘了子弹出生点也可能出界！那怎么办？每发一颗子弹都判断一下？”
“加个if语句判断计算后的坐標是否在有效范围內，如果非法，就修正到边界值，或者乾脆不允许发射。”陆沉说著，接过键盘，快速加了四行条件判断。
运行，坦克贴边开火，子弹稳稳出现在边界处，不再死机。
“神了！”孙鹏一拍大腿，“就这么简单？我怎么就没想到！”
“经验问题。多写多崩几次，就有感觉了。”陆沉笑了笑。
这確实是经验，前世调试程序时，边界条件是最容易出错的角落之一。
接著是陈浩。
陆沉拿过他那张手绘的cpu图，看了几眼，发现陈浩的理解已经相当深入，甚至画出了简单的数据通路。
“你的比喻很对，时钟周期就像曲轴转一圈，指挥所有齿轮（寄存器、运算器）同步动作一次。但cpu內部不是只有一个曲轴，它有多级流水线，可以像工厂的流水线一样，同时处理多条指令的不同阶段。”陆沉儘量用陈浩能懂的比喻，“比如第一条指令在取齿轮（取指），第二条指令就可以同时在转齿轮（解码），第三条在咬合齿轮（执行）。这样总的效率就高了。至於哪个力道优先，由控制器根据指令本身的依赖关係和流水线状態动態调度，有点像码头调度员指挥不同货船装卸，要避免拥堵和衝突。”
为了让陈浩更直观地理解流水线，陆沉乾脆在草稿纸上画了一条简易的、分为取指-解码-执行-访存-写回五个阶段的流水线图，用箭头表示指令流动，並標出可能发生的数据衝突（比如下条指令需要上条指令的结果，但结果还没写回）和控制衝突（遇到跳转指令）。
这些都是计算机体系结构课程的內容，但他用齿轮卡壳、传送带改道这样接地气的说法解释，陈浩听得眼睛发亮，连连点头。
“我好像有点明白了！就是说，cpu不是傻乎乎地干完一件事再干下一件，而是像……像几个老师同时批改不同班级的卷子，虽然每个老师只负责一道题，但整体批改速度飞快！”陈浩兴奋地总结。
“这个比喻好。”陆沉赞道。
苹果ii上，他用basic写简单的图形程序，画会动的星星、跳动的音符；8086上，他学dos命令，用debug工具看內存，甚至尝试用汇编语言写几行小程序（虽然语法生涩，但逻辑清晰）。
他的进步快得惊人。
两周后，他就能用苹果ii的basic写一个贪吃蛇游戏——用方向键控制小方块移动，吃到隨机出现的食物后变长，撞到边界或自己身体则游戏结束。
虽然画面是粗糙的字符和简单图形，但逻辑完整，运行流畅。
张老师看到后，惊讶得半天说不出话：“这……这得学多久才能写出来？”
“三天，每天放学后练两小时。”陆沉说。
张老师沉默了。
他知道陆沉没说谎，但三天写出一个可运行的贪吃蛇，在任何一本编程教材里都是进阶案例，而这个十岁的孩子，只用了三天。
陆沉的计算机能力很快在实验班传开。
孙鹏缠著他教怎么改游戏参数，陈浩想了解硬体原理，刘宇则和他討论算法优化。
陆沉从不藏私，但也不会主动炫耀。
他帮孙鹏修改了贪吃蛇的移动速度，给陈浩解释了8086的寄存器结构（用修农机时齿轮传动打比方），和刘宇一起用数学公式优化了图形绘製效率。
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特权带来的意料之中的副作用，就是学霸三人组的请教越来越频繁。
每天下午放学后，陆沉钻进里间机房没多久，外间就会响起试探性的敲门声，或者乾脆是孙鹏那標誌性的大嗓门隔著门板传来：“沉子！开门！救命！”
这天周四，陆沉正在8086 pc机上，尝试用debug工具查看一段简单的汇编程序在內存中的加载情况。
门又被敲响了，节奏急促。
陆沉保存好进度，起身开门。
门口站著三个人：一脸苦相的孙鹏，眉头紧锁的陈浩，还有抱著本厚厚《数学物理方法》的刘宇。
“沉子，江湖救急！”孙鹏率先挤进来，指著外间一台中华学习机，“我的坦克大战，好不容易改了参数，坦克跑得飞快，可一开火就死机！肯定是哪个数据溢出搞崩了！”
陈浩则递过来一张手绘的草图，上面画著8086 cpu的方块图，用箭头標註著数据流，旁边写著密密麻麻的问题：“你上次说ax、bx这些寄存器像齿轮箱里的不同齿轮，负责传递不同力道的的数据。那如果同时有多个力道要处理，cpu怎么知道先转哪个齿轮？还有这个时钟周期，是不是就像柴油机的曲轴转一圈，完成一个动作？”
刘宇没说话，只是把手里那本《数学物理方法》翻到某一页，指著上面一个用级数展开近似计算积分的公式，又指了指里间那台苹果ii：“我在想，如果要用计算机数值求解这个积分，是不是得把这个连续过程离散化？离散的步长怎么取，才能在精度和计算量之间取得平衡？我用basic写了个循环试算，但结果不太对，感觉是捨入误差累积了。”
陆沉看著眼前三位同学，一个游戏崩溃，一个刨根问底钻研硬体原理，一个试图用计算机解决高阶数学问题。
他忽然觉得这场面有点熟悉，仿佛回到了前世的实验室，同事们拿著各自的问题来找他討论。
“一个个来。”陆沉把门完全打开，让三人进来。
里间空间不大，一下子显得有点拥挤。
他先走到孙鹏的机器前。
孙鹏的坦克大战是他用basic模仿的，图形极其简陋，用字符表示坦克和墙壁。
陆沉调出原始码，快速瀏览。
“你这里，”陆沉指著一行代码，“bulletx = tankx + dirx * 3，子弹初始位置用坦克坐標加上方向向量乘以3。你想让子弹发射位置靠前一点，想法没错。但你没检查tankx + dirx*3会不会超过屏幕边界。当坦克贴边时，这个计算值可能为负或超过最大值，导致数组越界，访问了不该访问的內存地址，程序就崩了。”
“边界检查……”孙鹏恍然大悟，“我光想著让坦克跑得快，忘了子弹出生点也可能出界！那怎么办？每发一颗子弹都判断一下？”
“加个if语句判断计算后的坐標是否在有效范围內，如果非法，就修正到边界值，或者乾脆不允许发射。”陆沉说著，接过键盘，快速加了四行条件判断。
运行，坦克贴边开火，子弹稳稳出现在边界处，不再死机。
“神了！”孙鹏一拍大腿，“就这么简单？我怎么就没想到！”
“经验问题。多写多崩几次，就有感觉了。”陆沉笑了笑。
这確实是经验，前世调试程序时，边界条件是最容易出错的角落之一。
接著是陈浩。
陆沉拿过他那张手绘的cpu图，看了几眼，发现陈浩的理解已经相当深入，甚至画出了简单的数据通路。
“你的比喻很对，时钟周期就像曲轴转一圈，指挥所有齿轮（寄存器、运算器）同步动作一次。但cpu內部不是只有一个曲轴，它有多级流水线，可以像工厂的流水线一样，同时处理多条指令的不同阶段。”陆沉儘量用陈浩能懂的比喻，“比如第一条指令在取齿轮（取指），第二条指令就可以同时在转齿轮（解码），第三条在咬合齿轮（执行）。这样总的效率就高了。至於哪个力道优先，由控制器根据指令本身的依赖关係和流水线状態动態调度，有点像码头调度员指挥不同货船装卸，要避免拥堵和衝突。”
为了让陈浩更直观地理解流水线，陆沉乾脆在草稿纸上画了一条简易的、分为取指-解码-执行-访存-写回五个阶段的流水线图，用箭头表示指令流动，並標出可能发生的数据衝突（比如下条指令需要上条指令的结果，但结果还没写回）和控制衝突（遇到跳转指令）。
这些都是计算机体系结构课程的內容，但他用齿轮卡壳、传送带改道这样接地气的说法解释，陈浩听得眼睛发亮，连连点头。
“我好像有点明白了！就是说，cpu不是傻乎乎地干完一件事再干下一件，而是像……像几个老师同时批改不同班级的卷子，虽然每个老师只负责一道题，但整体批改速度飞快！”陈浩兴奋地总结。
“这个比喻好。”陆沉赞道。