一  计算机系统漫游

1.1 信息就是位+上下文

　　C语言源程序是以字节序列的方式存储在文件中的，每个字节对应一个ASCⅡ编码，例如第一个字节整数值位35，对应字符 '#'

　　一个基本思想：系统中的所有信息，包括磁盘文件，内存中的程序，用户数据，网络上传输的数据都是比特流。区分不同数据对象的唯一方法是读到这些数据对象时的上下文，根据不同的上下文，某个字节的信息可能表示机器指令或者是数值数据。

1.2 程序被其他程序翻译成不同格式

　　程序的编译流程：

 

 

 

 

　　预处理阶段：预处理器(cpp)根据#include<stdio.h>读取系统头文件stdio.h的内容，并将它直接插入程序文本中，得到另一个C程序，通常以.i为拓展名

　　编译阶段：编译器(ccl)将文本文件hello.i翻译成文本文件hello.s，hello.s为汇编指令文本

　　汇编阶段：汇编器(as)将hello.s翻译为机器指令，把这些指令打包为可重定位目标程序的格式，保存至hello.o（二进制）中

　　链接阶段：hello.c程序调用了printf函数，printf函数存在于一个名为printf.o的单独预编译好了的目标文件中，连接器便负责将hello.o和printf.o合并，成为可执行文件hello

1.4 处理器读取并解释存储在内存中的指令

　　通过shell可执行刚才生成的可执行文件hello

　　1.4.1 系统的硬件组成

　　系统主要由四个部分组成：总线、IO设备、主存、处理器

　　总线通常被设计成传送定长的字节块（字），IO设备通常包含键盘鼠标、显示器、磁盘驱动器、打印机等。主存是一个临时存储设备，由一组动态随机存取存储器芯片组成，从逻辑上来说，可以将存储器理解为线性的数组。中央处理单元CPU是执行主存中指令的引擎，处理器组成包括：寄存器文件、算术逻辑单元、cache、总线接口等

　　1.4.2 运行hello程序

　　在shell中执行./hello命令后，shell执行一系列指令将hello目标文件中的二进制指令从磁盘复制到主存，利用直接存储器存取(DMA)技术，数据可以不通过处理器而直接从磁盘到达主存。当目标文件hello被加载到主存中，处理器开始执行main程序中的机器语言指令，将“hello，world\n”字符串的字节从主存复制到寄存器文件，再从寄存器文件中复制到显示设备，最终输出在屏幕上。

1.5 高速缓存

　　由于从主存到处理器、主存到磁盘的数据加载会花费大量的时间，由此设计出了高度缓存cache，集成在处理器中

　　L1高速缓存：通常容量达到数万字节，访问速度几乎和访问寄存器文件一样快

　　L2高速缓存：容量达到数十万到百万字节，访问L2缓存的速度比L1更慢，但仍比访问主存快

　　将一些可能经常访问的数据缓存在cache中，能够大大提升性能

1.6 存储设备形成层次结构

　　

 

 

 　　从上至下，访问速度越来越慢，容量越来越大。上一层存储器作为下一层存储器的高速缓存。

1.7 操作系统

　　1.7.1 进程

　　进程是操作系统对一个正在运行的程序的一种抽象。

　　并发：一个进程的指令和另一个进程的指令是交错执行的，但在某一时刻，单核处理器只能运行一个进程。操作系统实现并发执行的机制称为上下文切换。

　　并行：多核处理器能够同时运行多个进程。

　　上下文：操作系统保持跟踪进程所需的所有状态信息，这种状态称为上下文，包含PC值、寄存器文件、主存内容等。

　　1.7.3 虚拟内存　

　　操作系统为每个进程提供的假象，好像每个进程都在独占的使用主存，成为虚拟内存空间。每个进程都对应着拥有下图所示的虚拟地址空间。