《深刻理解計算機系統》

1 計算機系統漫遊

• 計算機系統：硬件 + 軟件

• 信息：位 + 上下文（用來區分不一樣的數據對象）
  • 上下文：用來區分不一樣的數據對象，如：在不一樣上下文中一樣的字節序列能夠表示整數、字符串或機器指令等。

程序翻譯的各個階段（編譯系統）

• 預處理階段：預處理器（cpp），根據#開頭的命令修改原始 C 程序，如：將incude文件的內容插入到程序文本中。
• 編譯階段：編譯器（ccl），編譯爲彙編語言。
• 彙編階段：彙編器（as），翻譯成機器語言，並打包成可重定位的目標程序的格式。
• 鏈接階段：將用到的庫中的函數加入到程序。

系統硬件組成

存儲

• 高速緩存：處理器處理的快而數據傳輸慢，數據傳輸成爲瓶頸，因此產生了高速緩存技術。。

操做系統

• 進程（Process）：給程序獨立使用 CPU、主存、I/O 設備的假象。任什麼時候刻操做系統只有一個進程在運行，進程會交錯執行（併發運行）。
• 線程（Thread）：一個進程能夠包含多個線程。
• 虛擬處理器：爲程序提供獨立使用主存的假象。
• 文件：只不過是字節序列，磁盤、鍵盤、顯示器。甚至網絡均可看作文件，系統的輸入輸出均可以看作系統函數讀寫文件來實現的。

2 信息的表示和處理

2.1 信息存儲

2.1.4 尋址和字節順序

對於跨越多字節的程序對象，咱們須要確認：

1. 對象的地址，幾乎全部機器上對象地址都是字節序列中的最小地址
2. 存儲器中如何對這些字節排序，有兩種規則：小端法和大端法

例如，變量x類型爲int，值爲0x01234567，位於地址0x100處，大端法和小端法存儲爲：

大端法：

地址	0x100	0x101	0x102	0x103
數據	01	23	45	67

小端法：

地址	0x100	0x101	0x102	0x103
數據	67	45	23	01

2.1.7 布爾代數和環

整數運算：<Z , +, x, -, 0 ,1>（0, 1 爲加法和乘法的單位元）

布爾代數：<{0, 1}, |, &, ~, 0, 1>

上面兩種結構有不少類似性，但注意~ a 不是 a 在 | 運算下的逆元（a | ~a != 0, a + -a == 0）

PS：

• 布爾代數知足分配性、相補性、冪等性、吸取性、DeMorgan 定律
• 布爾與和異或（EXCLUSIVE-OR）至關於模 2 的乘法和加法

2.4 浮點

浮點數及其運算的標準：IEEE（讀做 I-Triple-E） 標準 754

	符號	指數	有效數
單精度（32bit）	1	8	23
雙精度（64bit）	1	11	52

指數採用二進制移碼（Exponent bias）表示。

• 規格化值：指數域不全爲 0 且不全 1
• 非規格化值：指數域全爲 0，此時指數值爲1 - Bias（Bias 是指數域對應了二進制原碼值）
• 特殊值：指數域全爲 1

3 程序的機器表示

3.4 訪問信息

3.2 程序編碼

// code.c
int accum = 0;
int sum(int x,int y){
  int t = x + y;
  accum += t;
  return t;
}

生成彙編文件：$ gcc -O2 -S code.c

編譯：$ gcc -O2 -c code.c

反編譯：$ objdump -d code.o，結果入下

ubuntu@DESKTOP-5JD9B9T:~$ objdump -d code.o

code.o：     文件格式 elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000000000 <sum>:
   0:   8d 04 37                lea    (%rdi,%rsi,1),%eax
   3:   01 05 00 00 00 00       add    %eax,0x0(%rip)        # 9 <sum+0x9>
   9:   c3                      retq

3.4.1 操做指示符

尋址的通用形式Imm(Eb, Ei, s)，其地址是Memory[Immediate + Register[Eb] + Register[Ei] * scale]（當即數 + 基址 + 變址）

3.4.2 數據傳送指令

mov S, D：S ---> D

3.5 算數和邏輯操做

3.5.1 加載有效地址

加載有效地址（Load Effective Address）指令 leal 其實是 movl 指令的變形。

這條指令將第一個操做數計算出的地址寫入第二個操做數。

例如：leal 7(%edx, %edx, 4), %eax將設置%eax的值爲7 + %edx + 4 * %edx。（%edx爲 3，則%eax設置爲 22）

3.5.2 一元和二元操做

• 一元操做：只有一個操做數，既是源又是目的。

• 二元操做：第二個操做數既是源又是目的。

3.6 控制

3.6.3 跳轉指令和它們的編碼

跳轉（jump）指令會致使執行切換到程序中的一個全新的位置。這些跳轉的目的地一般用一個標號（label）指明。

執行 PC 相關尋址時，程序計數器的值是跳轉指令後面的那條指令的值，而不是跳轉指令自己的地址。處理器會將更新程序計數器做爲執行一條指令的第一步。例如：

地址
指令1  0x08  
指令2  0x0a
...
指令n  0x1b

若是指令1的操做是跳轉到指令n，則偏移爲0x11，由於0x0a + 0x11 = 0x1b

3.6.4 翻譯條件分支語句