深刻理解計算機系統第一章

深刻理解計算機系統

1.1

• 010101（比特序列）八位一字節，一字節表示某些文本字符。ASCII即用單字節大小的整數值表示字符
• 只有ASCII碼字符構成的文件爲文本文件，其餘爲二進制文件

1.2

• 預處理
  • 根據#讀取頭文件中內容並插入原文本文件.c獲得.i文本文件
• 編譯
  • 編譯器（ccl）將.i文本文件翻譯成.s文本文件，包含彙編語言程序
• 彙編
  • 將.s翻譯成機械語言指令，打包成可重定位目標程序格式，保存在.o二進制文件中
• 連接
  • 調用printf.o中的printf函數，合併入.o程序，變爲可執行目標文件

1.3

• 瞭解編譯系統——好！

1.4

• shell是一個命令行解釋器

  1.4.1

1. 總線
   • 貫穿整個系統，攜帶並傳遞信息字節，一般傳輸定長的字節塊：32位——4字節，64位——8字節
2. I/O設備
   • 輸入/輸出設備（In/Out）聯繫系統與外部：鍵鼠、顯示器、磁盤……
   • I/O設備經過控制器或適配器與I/O總線相連。相同的是，控制器和適配器用於在I/O設備和總線之間傳遞信息。不一樣的是，控制器是設備自己或系統的主板上的芯片組，適配器是插在主板插槽上的
3. 主存
   • 主存在處理執行程序時用來存放程序和程序處理的數據。物理上是由一組動態隨機存取存儲器（DRAM）芯片組成。邏輯上是一個線性字節數組
4. 處理器
   • CPU解釋主存中指令，核心是程序計數器（PC）（此處核心指關鍵設備），爲一字大小儲存設備，PC始終指向主存中某條機械語言指令
   • 處理器從PC指向的內存處讀取、結束、執行指令，而後更新PC

1.5

• 存儲空間越大，運行越慢。因而在空間小的高速處理器與空間大的低速主存之間插入高速緩存（cache），利用高速緩存的局部性原理，在高速內存中存放可能常常訪問的數據，使大部分操做可在高速緩存中完成。

1.6

• 經過一個從小到大，從快到慢（寄存器->高速緩存->主存->二級存儲）的存儲器層次結構，能夠提升程序的性能。

1.7

• 操做系統鏈接程序和硬件。
• 操做系統的基本功能：
  1. 防止硬件被失控的應用程序濫用
  2. 嚮應用程序提供簡單一致的機制來控制複雜的低級硬件設備

1.7.1

• 進程是計算機科學中最重要和最成功的概念之一
• 處理器看似併發運行程序，實則交錯切換執行。例如須要運行的進程數多於可運行CPU。被稱爲上下文切換：保存當前進程的上下文、恢復新進程的上下文，將控制權傳遞到新進程。
• 進程轉換由系統內核（kernel）管理，內核是操做系統代碼常駐主存的部分，它是系統管理所有進程所用代碼和數據結構的集合。
• 第八章

1.7.2

• 多線程併發balabalaba在第十二章

1.7.3

低地址

• 程序代碼與數據——在開始就被規定大小
• 堆——在運行是可動態擴展或收縮
• 共享庫——存放C標準庫和數學庫這樣的公用代碼（第七章）
• 棧——編譯器用它來實現函數調用，調用增加，返回收縮（第三章）
• 內存虛擬內存——爲內核保留，不容許程序讀寫或調用

高地址

1.7.4

• 文件就是字節序列，每一個I/O設備均可當作文件

1.8

• 網絡可視爲一個I/O設備，多個系統經過網絡讀取/發送其餘/本身的數據

1.9

• 系統是硬件與軟件互相交織的集合體

1.9.1

• Amdahl定律：想要顯著加速整個系統，必須提高全系統中至關大的部分的速度（考慮到分權）

1.9.2

• 併發：一個同時具備多個活動的系統
• 並行：用併發來使一個系統運行地更快
  1. 線程級併發
     • 咱們可以設計出同時有多個程序執行的系統，這致使了併發
     • 超線程/同時多線程容許一個cpu執行多個控制流
  2. 指令級並行
     • 流水線經過將執行一條指令所須要的活動劃分爲不一樣的步驟，將處理器的硬件組織成一系列的階段，每一個階段執行一個步驟。這些階段能夠並行地操做，用來處理不一樣指令的不一樣部分
  3. 單指令、多數據並行
     • 在最低層次上，一些特殊的硬件容許一條指令產生多個可並行執行的操做，這種方式被稱爲單指令、多數據。

1.9.3

• 抽象的使用是計算機科學中最爲重要的概念之一。
• 文件是多I/O設備的抽象，虛擬內存是對程序存儲器的抽象，進程是對一個正在運行的程序的抽象，虛擬機是對整個計算機的抽象。