Re: [問卦] 精通數位邏輯對Coding有什麼幫助？ - FW板

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※ 本文為 MindOcean 轉寄自 ptt.cc 更新時間: 2020-04-25 09:31:44

看板 Gossiping

作者 jserv (松鼠)
標題 Re: [問卦] 精通數位邏輯對Coding有什麼幫助？
時間 Fri Apr 24 06:05:27 2020

※ 引述《HankYang (密探X)》之銘言：
: 餓死抬頭
: 不是說二進位、布林代數、邏輯閘等等那些超超超超基礎的東東
: 那些東東其他科目也會教
: 而是指正反器、循序邏輯電路、狀態機等等鬼東西
: 那些對Coding有什麼幫助呀嘻嘻嘻
: 有沒有八卦？

外頭雨勢好大，趁著等著雨勢減小才能吃早餐的空擋，嘗試簡單回覆。先講結論，網頁
伺服器背後的運作，跟數位邏輯有關，而且原始程式碼裡頭就寫了 (!)

原提問的推文下方，skaterboy13 提到:
「在這邊問這個做啥? 一堆裝懂的人什麼都會說很基本」

的確，人人都可說「很基本」，但這樣的「基本」到底體現在何處呢？應是原發問者所
在意。我教計算機結構 [1]，會對著學員說，數位邏輯很「基本」，畢竟現行的電腦即是

架構在一系列的組合邏輯電路之上。可是對於通用的程式設計有何幫助呢？特別是原發問

者所提的正反器 (Flip-flop, FF)、序向邏輯電路 (sequential logic circuit)，及
狀態機等等「鬼東西」。或許這樣的質疑在不少人心裡都有，尤其抱持著「開發偉大的

程式」心態到了資訊工程系就讀的同學，發現電子電路、數位邏輯、微處理器等課程都是

必修，不免感嘆「踩到地雷」了。

「如果我們一定非要那鬼量子躍遷不可，那我後悔參與量子理論。」 -- 在愛因斯坦
等人發表題為「量子力學能完整地解釋實在性嗎？」的論文、反駁量子世界觀之後，
薛丁格提出「薛丁格的貓」(Schrodinger's cat) 的論文。

倘若量子力學是原子中的幽靈，那麼數位邏輯就是程式設計裡頭的幽靈 -- 是否能窺見、
是否「基本」，又能否給予你啟發，完全取決於你對於微觀世界的態度。

且讓我跳到開發高效率的網頁伺服器 (web server, 也稱 HTTP server 或 HTTP daemon,
後者的 "daemon" 原為惡魔之意，在 UNIX 的世界中引申爲常駐程式) 開發工作來討論，
再細談和數位邏輯的關聯。網頁伺服器這應該就符合原發問者對於程式設計的「程式」

標的物吧？但你有沒有想過，當你閱讀 NGINX [2] 一類高效率網頁伺服器的原始程式碼
時，會看到 Level-triggered 和 edge-triggered 等術語 -- 後兩者就是數位邏輯裡頭
正反器的術語，不是巧合，就是同個意思。

一時之間很難接受吧？以下摘錄自 NGINX Development guide [3]:
> All such events operate in Edge-Triggered mode, meaning that they only
> trigger notifications when the state of the socket changes. For example,
> doing a partial read on a socket does not make nginx deliver a repeated read
> notification until more data arrives on the socket. Even when the underlying
> I/O notification mechanism is essentially Level-Triggered (poll, select etc),
> nginx converts the notifications to Edge-Triggered.

這裡談及兩種工作模式:
* Edge Triggered (ET, 邊緣觸發)
_______________________
/ (positive-edge trigger
___/
* Level Triggered (LT, 條件觸發)

____ (level trigger)

| |
____| |____

ET 表示在狀態改變時才通知（例如: 在邊緣上從低電位到高電位），LT 表示在這個狀態
才通知（例如: 只要處於低電位就通知)。對應到上述的 NGINX 的網路通訊處理 (例如
socket)，ET 指一旦有新資料就通知（狀態的改變），而 LT 是「只要有新資料」就會
持續通知，直到緩衝區的資料全數取出。

詳細的議題可參見 Linux 開發手冊關於 epoll [4] 的描述，我們不難發現，儘管網頁
伺服器是貨真價實的軟體，但裡頭術語和概念的展現，逃脫不了硬體給予隱喻和影響

(implication)，我們學習數位邏輯就可強化對術語的認識，從而能夠和世界各地的高手

交流。

開發高效率的網頁伺服器免不了探討 I/O 事件模型，例如 blocking I/O vs.
non-blocking I/O 和 synchronous I/O vs. asynchronous I/O，然後仔細觀察這些術語

和含義後，不難發現也都可對應到組合邏輯電路的概念，無論時序抑或訊號同步的議題。

再來是狀態機 (state machine)。由於在高效能伺服器開發中，我們引入 non-blocking
I/O 後，整體程式開發的難度陡然上升，遇到到 blocking read 不曾遇到的問題：資料
可能分批送達，於是在通訊協定解析到一半時，read 就回傳 -1，所以我們必須將已讀到
的資料保存下來，並維護其狀態，以表示是否仍需要資料。例如解析 HTTP Request

Header 時，讀到 GET /index.html HTT (注意：少一個 P) 就結束，在 blocking I/O
裡只要繼續 read 就可處理，但在 nonblocking I/O，我們必須維護這個狀態，下一次
必須讀到欠缺的 P 字元，否則 HTTP 通訊協定會遇上解析錯誤。為此，我們就需要維護
一套狀態機，對！就跟數位邏輯所探討的是同一個術語。

在「Linux 核心設計」課程 [5] 中，我們展示一個原始程式碼不到 C 語言一千行的小
程式，卻具備約有 NGINX 一半資料吞吐量的網頁伺服器 seHTTPd，恰好就是數位邏輯
概念在真實世界的應用案例，相關資訊可見:
https://hackmd.io/@sysprog/fast-web-server

高效能 Web 伺服器開發 - HackMD

# 高效能 Web 伺服器開發 :::info 本文探討 ==[seHTTPd]( 的設計和實作議題，涵蓋並行處理、I/ ...

當然，這僅是起點，在課程中，我要求學員針對 Linux 系統特性和思索 web 情境去
探索更多更深刻的改進空間，而這一切，最佳化來自對系統的充分認知。引用羅輯思維
第 85 集: 費馬大定理 [6] 的結語:

「我們當中的絕大多數人，花了人生的十二年時光，六年小學，六年中學，被數學
摧殘，我們只知道數學是敲開大學校門的一個敲門磚，自打上了大學之後，這個
東西就被我們當做人生當中最痛苦的經驗，被刪除了。」

「人類知識領域智力領域的任何豐碑，從來都不是用強烈的目的性建造出來的，它的
每一塊磚，每一塊瓦，都是由興趣堆積出來的，興趣不僅導致了最後的成功，而且
點亮了其中的每一塊磚，每一塊瓦，每一個人的生命。」

在資訊工程 (或說電腦科學) 課程中，充斥著大量數學和電子硬體課程，其實就是上面
所提到的一磚一瓦，堆積著今日我們所見的數位世界的風情萬種。倘若我們一開始就戴著
有色眼鏡去駁斥這些科目的學習，是否限制了自已可能的寬敞發展呢？

喔，我又來打廣告，歡迎關注「Linux 核心設計」[5] 和 "Computer Architecture" [1]
這兩門課程，都有完整的線上教材可參考，也有練習題可讓學員隨時檢測自己所學。

[1] Computer Architecture
http://wiki.csie.ncku.edu.tw/arch/schedule

Wiki - Computer Architecture

[2] NGINX: https://nginx.org/

nginx news

根據 W3Techs 的統計資料，世界上最繁忙的網站前一萬名裡頭 57% 採用 NGINX
[3] NGINX Development guide
https://nginx.org/en/docs/dev/development_guide.html

Development guide

[4] epoll - I/O event notification facility
http://man7.org/linux/man-pages/man7/epoll.7.html

epoll(7) - Linux manual page

[5] Linux 核心設計課程
http://wiki.csie.ncku.edu.tw/linux/schedule

Wiki - Linux 核心設計 (Linux Kernel Internals)

[6] 羅輯思維 85 集: 費馬大定理
影片: https://youtu.be/bHexlr4b_j8

--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 140.116.246.163 (臺灣)
※ 文章代碼(AID): #1UeX4k_6 (Gossiping)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1587679534.A.FC6.html

推 Behind4: 又來好文推1F 04/24 06:07

推 mikemagic88: 前十2F 04/24 06:08

推 gorilla823: 推3F 04/24 06:10

※ 編輯: jserv (140.116.246.163 臺灣), 04/24/2020 06:12:30

推 KevinR: push4F 04/24 06:11

推 Behind4: 問個小問題跑 PHP server 效能X86 ARM 真的會像有些文5F 04/24 06:13
→ Behind4: 章說的效能差到千倍嗎？

→ jserv: @Behind4, Arm 伺服器的調教很繁瑣，若沒有特別調整，效能7F 04/24 06:14
→ jserv: 的確會是問題。不過這件事在 AWS 的 Arm 伺服器陸續有解法

→ dostey …

推 SydLrio: 老師不要這樣，你上一篇我還沒看完，我想下課10F 04/24 06:15

推 robin10205: 推推11F 04/24 06:15

→ jserv: @SydLrio, 我只是等早餐店開門，順手發廢文，你不用認真12F 04/24 06:16

噓 renna038766: 116哪間蛤13F 04/24 06:17

→ jserv: @renna038766, 116 是台灣最好的學店，你有意見嗎？14F 04/24 06:18

→ renna038766: 你把118放哪蛤15F 04/24 06:19

推 wario2014: 深深覺得，coding是智商高的人在玩的16F 04/24 06:20
→ wario2014: 光靠下苦功的話效率還是遠遠不及，大腦反應時間差太多

→ jserv: @wario2014, 所以更要多利用討論區交流，教學相長18F 04/24 06:21

推 corel: 神人快拜19F 04/24 06:21

推 freeblizzard: 推這篇20F 04/24 06:25

推 DanGong5566: 原來是Jserv，好，先跪下去再說21F 04/24 06:28

推 yyyyyyyv: 推推22F 04/24 06:35

推 Behind4: Amazon Web Services這個?? 他用ARM架構的CPU? 為了節能23F 04/24 06:36
→ Behind4: 嗎？其實我本來要問的只是用手機架站的實用性XDDD

推 lice0225: 請收下我的膝蓋25F 04/24 06:37

→ jserv: @Behind4, 請查詢 AWS Graviton2 處理器26F 04/24 06:37

→ Behind4: coding 應該不用那麼嚴肅吧 =__= 這應該是件好玩的事27F 04/24 06:38
→ Behind4: 謝謝

→ jserv: @Behind4, 手機裡頭執行網頁伺服器的案例不算少，不過...29F 04/24 06:39

推 chaosJames: 推30F 04/24 06:39

→ jserv: 有時候是手機製造商或晶片設計商提供的「後門」(但我不能說31F 04/24 06:40

推 riker729: 連名字都是有多熱愛啊32F 04/24 06:41

→ jserv: @riker729, 小時聽到「人生以服務為目的」，長大就開發33F 04/24 06:43
→ jserv: server 了 (咦?)

推 riker729: 這兩年寫設備的web 深深覺得太混亂了還得考慮相容性35F 04/24 06:46

推 bobohorn: 好猛的等早餐廢文36F 04/24 06:46

→ moonshade: 簡單來說都不用懂，那些問題kernel都解決了37F 04/24 06:47
→ moonshade: 這些東西老早在posix裡面都有東西包起來了

→ jserv: @moonshade, 但要會用呀，特別是 OS-specific39F 04/24 06:48

推 Behind4: 好靠北哦後門的只想到中國………40F 04/24 06:48

→ moonshade: 剪貼那麼多廢話看起來可怕而已...41F 04/24 06:49

→ jserv: @moonshade, 人在 116 就要發廢文，鄉民認證42F 04/24 06:49

推 gorilla823: Verilog好難43F 04/24 06:50

→ jserv: @gorilla823, 人生更難44F 04/24 06:50

→ moonshade: 再說back-end 工程師不值錢，別人把你當小精靈兒已45F 04/24 06:51

推 ts05593818: 老師早46F 04/24 06:53

→ moonshade: 不過話說，做ARM上的linux就是另一回事了47F 04/24 06:57

推 angerD: 未看先推48F 04/24 06:57

→ moonshade: 不是所有的廠商都符合spec...49F 04/24 06:58

→ jserv: 還是當大學教授好，沒人對大學教授有程式設計的期待 (無誤)50F 04/24 07:00

推 l7th: 早餐店老板用interrupt要你拿早餐啦...51F 04/24 07:02

推 Behind4: 雖然覺得有趣但感覺不是同一個世界的東西52F 04/24 07:03

推 angerD: 原來daemon有惡魔的意思53F 04/24 07:03

→ jserv: @angerD, http://catb.org/jargon/html/D/daemon.html #54F 04/24 07:04

daemon

→ jserv: 在早期的分時多工作業系統 CTSS (1961) 就有 "daemon" 一詞55F 04/24 07:05

推 sugoi5566: 百推內56F 04/24 07:08

推 Merkle: 連jserv都不知道的井蛙還好意思大小聲嘖嘖57F 04/24 07:12

推 Behind4: 我就不知道欸我只是看內文推的58F 04/24 07:15

推 vovovolibear: 我怎麼沒聽到雷聲？我們在同一個116？59F 04/24 07:16

推 Xiphity: 推jserv60F 04/24 07:16

推 jaid: 一口氣兩篇辛苦了61F 04/24 07:17

推 ERT312: 推推62F 04/24 07:21

推 spector66: 快推63F 04/24 07:24

推 angerD: 謝謝老師，想請問老師如果要找樹狀結構與輸入法的關係該64F 04/24 07:27
→ angerD: 下什麼關鍵字

推 xeriof95092: 老師別鬧哪家早餐店這麼晚開66F 04/24 07:31

推 seeya08: push67F 04/24 07:32

推 g5637128: 推68F 04/24 07:32

推 s0914714: 早餐店被blocking了69F 04/24 07:33

推 OBST5566: 我這個人很多簡單有瑟夫就推70F 04/24 07:38

推 wbreeze: 推推71F 04/24 07:42

推 a4786033: 推72F 04/24 07:49

推 sn0w: 推！73F 04/24 07:50

推 frappe: 這家早餐店讓人拖這麼久，太誇張了吧？XD74F 04/24 07:51

推 HYDE1986: 竟然已經有人不認識jserv惹....75F 04/24 07:54

推 amethystboy: 真人機合一76F 04/24 07:55

推 snow10725: 一直看到熱門推推77F 04/24 08:02

推 thinkfun: 推好文78F 04/24 08:07

推 ohsuoh: 太誇張了發兩篇79F 04/24 08:13

推 flyvegetable: 好文共賞80F 04/24 08:15

推 yuiweq1999: 原來是神81F 04/24 08:18

推 huangmin9487: push82F 04/24 08:19

推 Colitas: 搶推83F 04/24 08:19

推 uohZemllac: 好文給推84F 04/24 08:20

推 ashs92223: 讚！85F 04/24 08:21

推 yeh628: 老師好帥！！！！86F 04/24 08:24

推 hakosaki: 推jserv87F 04/24 08:28

推 cool9203: 推88F 04/24 08:30

推 MidoBanA: 推89F 04/24 08:30

推 sses60802: 100推內90F 04/24 08:30

推 emptie: 謝謝你91F 04/24 08:34

推 ku399999: 膝蓋送出92F 04/24 08:36

推 Agdanpanda: 推93F 04/24 08:37

推 jeremylouee: 推個94F 04/24 08:39

推 erre: 那麼複雜還是掰陳改參數call svm做ai的cp值高95F 04/24 08:40

推 yee999: 推96F 04/24 08:40

推 charF: 下一篇 Re:精通ptt廢文對Coding有什麼幫助?97F 04/24 08:42

推 da21510: 百推內先跪98F 04/24 08:43
→ da21510: 慚愧老師的課程一直沒看完

推 apple123773: 快跪100F 04/24 08:44

推 x077155203: 有神快拜101F 04/24 08:48

推 LeafLu: 推jserv!!102F 04/24 08:49

推 randy061: 朝聖但太深了…103F 04/24 08:50

推 dangerousair: 幹軟體的都看不懂只看得懂邏設那些詞而已104F 04/24 08:53

推 herculus6502: 神串留名105F 04/24 08:58

推 sniper2824: 跟鬼一樣先推再看106F 04/24 08:59

推 DWR: 原來是jserv 還在想說那個鄉民這麼強又跑出來了107F 04/24 09:02

推 qppqqp: 正老師出現了拜108F 04/24 09:04

推 fine325011: 推109F 04/24 09:06

推 dingbebbie: 老師推推110F 04/24 09:07

推 shorty696820: 推宅瑟夫111F 04/24 09:09

推 loveyanzi03: 先推112F 04/24 09:14

推 Gold740716: 推113F 04/24 09:15

→ jserv: @angerD, https://github.com/chewing/chewing.github.com114F 04/24 09:17

GitHub - chewing/chewing.github.com: Chewing Project Website

Chewing Project Website. Contribute to chewing/chewing.github.com development by creating an account on GitHub. ...

→ jserv: 的 doc/ 目錄，可見到酷音輸入法的技術報告 (2001 年)115F 04/24 09:17
→ jserv: (筆誤，應為 2002 年)

推 tpegioe:117F 04/24 09:18

→ jserv: @da21510, 期待你的作業 :-)118F 04/24 09:18

推 adsop: 推119F 04/24 09:19

推 vi000246: 推120F 04/24 09:19

推 Morris1028: 推老師121F 04/24 09:20

推 ki59920: 推122F 04/24 09:23

推 as920909: 推大大123F 04/24 09:32

推 abb123456: 推124F 04/24 09:34

推 ila9970: 神人帳號必推125F 04/24 09:35

推 donation12: 這篇真好!126F 04/24 09:36

推 kero0331: 怎麼覺得唐鳳會來留言127F 04/24 09:38

推 gR7P4zXH: 傻眼貓咪128F 04/24 09:38

推 Lbj1101: 只能推了129F 04/24 09:42

推 albert0525: 推推130F 04/24 09:58

→ jserv: @kero0331, 快來許願：從開發口罩預購系統看電腦科學131F 04/24 10:03

推 shinXIII: 看到這篇我都不敢說我會寫程式了..132F 04/24 10:04

推 mooto: 呃，我真懷疑有多少人是看懂才推，哥是豬屎屋的，怎麼覺得133F 04/24 10:05
→ mooto: 被你講的很複雜，難怪資工的跑來寫電路設計，總是很難讀。
→ mooto: 簡而言之，邏輯設計的根本是硬體，用這個概念coding，跟程
→ mooto: 式底的不一樣

推 bewritten: 先推137F 04/24 10:07

→ route22: 邏輯設計就寫積木然後一個控制叫它們動起來138F 04/24 10:08

※ kqalea:轉錄至看板 Soft_Job 04/24 10:11

→ route22: 寫EDA tool的我真的覺得是天才139F 04/24 10:15

推 bbo6uis122: 推140F 04/24 10:15

推 kersihi: 朝聖141F 04/24 10:26

推 wheateardoll: 再拜142F 04/24 10:42

推 ai030821: 推143F 04/24 10:45

推 bluejrl: 你說的我完全不懂，肯定是高高在上天上人144F 04/24 10:46

推 gelungeching: 推！145F 04/24 10:55

推 vvrr: edge/level trigger那個不用懂數位邏輯，當成純名詞定義146F 04/24 11:02
→ vvrr: 也很好理解吧

推 km101km: 先推再慢慢啃內文148F 04/24 11:03

→ jserv: @vvrr, 那就會陷入背誦名詞，而不知曉術語的由來149F 04/24 11:05
→ jserv: 更麻煩的是，由於缺乏背景知識，無法用精準術語和國際的
→ jserv: 開發者溝通，就很難延展思維的廣度和深度

推 vvrr: 狀態有變(因為有了個edge)就trigger <-- 這樣子算背誦名詞嗎152F 04/24 11:09

→ jserv: 比方說，為何稱為 "trigger"? 時間的測量計算又怎麼做？153F 04/24 11:11

→ fallen01: 神154F 04/24 11:11

推 vvrr: 稱為trigger就，有了個觸動，引發了事件?155F 04/24 11:20
推 vvrr: 有些名詞的確是數位邏輯裡先有的，懂了的確能比較快在第一時
→ vvrr: 間聽懂對方的意思。但現在google方便，不懂的去查一下理解一
→ vvrr: 下也很快。像開發時遇到HTTPS可能要懂憑證的工作原理
→ vvrr: 但不用真的學完密碼學…

推 webberhan: 推160F 04/24 11:42

推 qwefghzxc: 推161F 04/24 12:01

推 LJP2: 推推162F 04/24 12:21

推 HankYang: 推，感謝老師回覆m(_ _)m，我只是想發發廢文而已(#163F 04/24 12:38

推 felix1017: 有神快拜164F 04/24 12:45

→ jserv: @bluejrl, 「上人」不能亂說 #我剛吃完雞排165F 04/24 13:02

推 holishing: 推166F 04/24 13:07

推 zeta56321: 請不要擅自把廢文的標準提高！167F 04/24 13:21

推 zzxx080954: 媽我在這168F 04/24 13:24

推 nullife: 推，好猛169F 04/24 13:42

推 clark3530: jserv 我媽說看到這幾個字先跪再說170F 04/24 14:07

推 henry1915: 推推171F 04/24 14:07

→ jserv: @vvrr, 的確，先不要壞了對新事物的胃口，再開拓心胸接受172F 04/24 14:38

推 compuworld: 推jserv大173F 04/24 17:06

推 prokofieff: 推174F 04/24 17:36

推 domon0525: 推一個,雖然我看不董QQ175F 04/24 18:18

推 KhePri: 推176F 04/24 19:35

推 fddd: 太神啦！！！177F 04/24 21:11

推 oxlittle: 奇怪，這篇反而看得懂，看來我不用重修數位電路實驗和微178F 04/24 22:31
→ oxlittle: 處理器了哈哈哈哈。

推 Rudycran: 請問這篇是日文嗎？為什麼有漢字可是我都看不懂180F 04/25 00:23

推 y995526: 推推181F 04/25 00:36

推 silver00: 跪著看182F 04/25 00:49

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