1、深入理解计算机系统 笔记，系统综述

1、系统的硬件组成

Figure1 Hardware organization of a typical system. CPU: Central Processing Unit, ALU: Arithmetic/Logic Unit, PC: Program counter, USB: Universal Serial Bus.

1)总线

贯穿整个系统的一组电子管道，它携带信息字节并负责在各个部件间传递。通常总线被设计成传送定长的字节块，也就是字(word)。各个系统中字长不尽相同，intel pentium系统的字长为4字节。

2）I/O设备

    I/O设备是系统与外界的联系通道。

    控制器是I/O设备本身中或是系统的主印刷电路板（主板）上的芯片组，而适配器则是一块插在主板插槽上的卡。

3）主存

    临时存储设备，在处理器执行程序时，用来存放程序和程序处理的数据。物理上来说，主存是由一组DRAM芯片组成的；逻辑上来说，存储器由一个线性的字节数据组成，每个字节都有自己惟一的地址（数组索引），这些地址以0开始的。一般来说，组成程序的每条机器指令都由不定量的字节构成。

4）处理器

CPU，是解释（或执行）存储在主存中指令的引擎。处理器的核心是一个被称为程序计数器（PC）的字长大小的存储设备（或寄存器）。在任何一个时间点上，PC都指向主存中的某条机器语言指令。

从系统加电，到断电，CPU一直不加思索的重复执行相同的基本任务：从程序计数器（PC）指向的存储器读取指令，解释指令中的位，执行指令指示的简单操作，然后更新程序计数器指向下一条指令（不一定与刚刚执行的指令相邻）。

2、层次结构的存储设备

Figure 2: The memory hierarchy

    存储器分层结构的主要思想是：一个层次上的存储器作为下一层次上的存储器的高速缓冲。

3、操作系统提供的抽象表示

Figure 3: Abstractions provided by an operating system

    操作系统内核是应用程序和硬件之间的媒介。它提供三个基本的抽象概念：文件是对I/O设备的抽象概念；虚拟存储器是对主存和磁盘的抽象概念；进程是处理器、主存和I/O设备的抽象概念。

1）进程是操作系统对运行程序的一种抽象。在一个系统上可以同时运行多个进程，而每个进程都好像独占地使用硬件，我们称之为并发运行。实际上，是一个进程的指令和另一个进程的指令交错执行的，操作系统实现这种交错执行的机制称为上下文切换（context switching）。操作系统保存进程运行所需的所有状态信息，这些状态称为上下文（context ）。

2）一个进程可由多个线程组成。每个线程都运行在进程的上下文中，并共享同样的代码和全局数据。

3）虚拟存储器

虚拟存储器是抽象概念，它为每个进程提供一个假象，好像每个进程都在独占地使用主存。每个进程看到的存储器都是一致的，称之为虚拟地址空间。

Figure 4: Linux process virtual address space.

虚拟存储器，基本思想是把一个进程虚拟存储器的内容存储在磁盘上，然后用主存作为磁盘的高速缓冲。

4）文件

是字节序列。每个I/O设备，包括磁盘，键盘，显示器，网络，等可以看成是文件。

4、系统，是相互交织的硬件和系统软件的集合体。

<深入理解计算机系统（Computer Systems:A Programmer's Perspective）>