【CSAPP】一、计算机系统漫游

一、位＋上下文

文本文件 / 二进制文件： 文本文件是只由ASCII码构成的文件

 

二、从源代码到可执行文件的顺序

源代码 ——> 可执行文件（机器代码）共有四步：

全过程代码 gcc hello.c -o hello

1、预处理，（预处理器cpp）将#开头的命令执行，例如将#include中文件加入， 扩展名为.i

　　gcc -E hello.c -o hello.i

　　输出文件为文本文件，前面大部分为 <stdio.h>内容，后面部分原版照抄。。

2、编译， （编译器ccl）将.i文件翻译为.s文件，输出为 汇编语言程序。

　　gcc -S hello.i -o hello.s

　　输出的文件我不太认识。。。估计是汇编程序

　　

3、汇编，（汇编器as）将.s文件翻译成.o文件，这是一种 可重定位目标程序，是二进制文件。

　　gcc -c hello.s -o hello.o

　　已经是二进制文件了，查看是乱码。

4、链接， （链接器ld）将.o文件转化为hello文件，输出为可执行文件。处理一些标准库中的函数，例如printf函数， 存在于已经编译好的printf.o文件中，链接器的作用是将这两个.o文件综合，输出可执行文件。

　　gcc hello.o -o hello

　　这两个乱码看起来不太像，不知道内部机制是什么样的。

 

三、硬件简单浏览

1、总线：字长， 一般4字节（32位）或者8字节（64位）

2、主存：DRAM(动态随机存储器)， 最小单位是字节，每个字节有自己的存储地址，从0开始。

每条机器指令对应不同长度的字节。

3、CPU：

寄存器：一个CPU里面大概有20-100个寄存器，寄存器都是1字长。

　　程序计数器（PC）是一个特殊寄存器，永远指向某条机器语言指令（含有该指令的地址）

　　大致上有八类不同的寄存器，是不同的作用。

 

 

四、高速缓存

L1: 位于处理器芯片中，数万字节，速度与寄存器文件几乎一样快。

L2: 特殊的总线连接，比L1慢5倍，比主存快5倍，数十万到数百万字节， 静态随机访问存储器。

 

五、操作系统管理硬件

1、操作系统两个功能：防止滥用；向程序提供一致的机制控制低级硬件设备，涉及进程、虚拟存储器、文件。

　　其中文件是io抽象，虚拟存储器是io\主存抽象，进程是处理器\主存\io抽象

2、进程：操作系统对正在与运行的程序的抽象。上下文切换。

3、线程：执行单元。每个线程共享代码和全局数据，处于同样的上下文中。一般比进程更加高效。

4、虚拟存储器：地址由低到高

　　程序代码和数据、堆、共享库、栈、内核虚拟存储器，

5、文件：字节序列，io设备均可以抽象为文件。

 

六、并发和并行

并发概念比较广泛，指同时具有多个活动的系统。

并行指通过并发使一个系统运行得更快。

1、线程级并发

　　多核处理器：同一个微处理器芯片上有多个cpu， 每个核有自己的L1, L2缓存，但共享高层的高速缓存和到主存的接口。

　　超线程：程序计数器和寄存器文件有多个备份，运算单元只有一份，常规处理器切换线程要20000时钟周期，超线程可以自由切换。i7可以一个核2线程，那么4核就有8线程。

2、指令级并行

　　更加底层，现在每个时钟周期2-4条指令，但每条指令的时间大约20个周期，通过流水线的使用，实现并行

3、单指令、多数据并行

　　SIMD并行，并行对4对float数据做加法的指令。一般是为了提高处理影像、声音和视频数据应用的执行速度。

 

七、抽象