《深刻理解计算机系统》

1 计算机系统漫游

• 计算机系统：硬件 + 软件

• 信息：位 + 上下文（用来区分不一样的数据对象）
  • 上下文：用来区分不一样的数据对象，如：在不一样上下文中一样的字节序列能够表示整数、字符串或机器指令等。

程序翻译的各个阶段（编译系统）

• 预处理阶段：预处理器（cpp），根据#开头的命令修改原始 C 程序，如：将incude文件的内容插入到程序文本中。
• 编译阶段：编译器（ccl），编译为汇编语言。
• 汇编阶段：汇编器（as），翻译成机器语言，并打包成可重定位的目标程序的格式。
• 链接阶段：将用到的库中的函数加入到程序。

系统硬件组成

存储

• 高速缓存：处理器处理的快而数据传输慢，数据传输成为瓶颈，因此产生了高速缓存技术。。

操做系统

• 进程（Process）：给程序独立使用 CPU、主存、I/O 设备的假象。任什么时候刻操做系统只有一个进程在运行，进程会交错执行（并发运行）。
• 线程（Thread）：一个进程能够包含多个线程。
• 虚拟处理器：为程序提供独立使用主存的假象。
• 文件：只不过是字节序列，磁盘、键盘、显示器。甚至网络均可看作文件，系统的输入输出均可以看作系统函数读写文件来实现的。

2 信息的表示和处理

2.1 信息存储

2.1.4 寻址和字节顺序

对于跨越多字节的程序对象，咱们须要确认：

1. 对象的地址，几乎全部机器上对象地址都是字节序列中的最小地址
2. 存储器中如何对这些字节排序，有两种规则：小端法和大端法

例如，变量x类型为int，值为0x01234567，位于地址0x100处，大端法和小端法存储为：

大端法：

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

小端法：

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

2.1.7 布尔代数和环

整数运算：<Z , +, x, -, 0 ,1>（0, 1 为加法和乘法的单位元）

布尔代数：<{0, 1}, |, &, ~, 0, 1>

上面两种结构有不少类似性，但注意~ a 不是 a 在 | 运算下的逆元（a | ~a != 0, a + -a == 0）

PS：

• 布尔代数知足分配性、相补性、幂等性、吸取性、DeMorgan 定律
• 布尔与和异或（EXCLUSIVE-OR）至关于模 2 的乘法和加法

2.4 浮点

浮点数及其运算的标准：IEEE（读做 I-Triple-E） 标准 754

	符号	指数	有效数
单精度（32bit）	1	8	23
双精度（64bit）	1	11	52

指数采用二进制移码（Exponent bias）表示。

• 规格化值：指数域不全为 0 且不全 1
• 非规格化值：指数域全为 0，此时指数值为1 - Bias（Bias 是指数域对应了二进制原码值）
• 特殊值：指数域全为 1

3 程序的机器表示

3.4 访问信息

3.2 程序编码

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

生成汇编文件：$ gcc -O2 -S code.c

编译：$ gcc -O2 -c code.c

反编译：$ objdump -d code.o，结果入下

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

寻址的通用形式Imm(Eb, Ei, s)，其地址是Memory[Immediate + Register[Eb] + Register[Ei] * scale]（当即数 + 基址 + 变址）

3.4.2 数据传送指令

mov S, D：S ---> D

3.5 算数和逻辑操做

3.5.1 加载有效地址

加载有效地址（Load Effective Address）指令 leal 其实是 movl 指令的变形。

这条指令将第一个操做数计算出的地址写入第二个操做数。

例如：leal 7(%edx, %edx, 4), %eax将设置%eax的值为7 + %edx + 4 * %edx。（%edx为 3，则%eax设置为 22）

3.5.2 一元和二元操做

• 一元操做：只有一个操做数，既是源又是目的。

• 二元操做：第二个操做数既是源又是目的。

3.6 控制

3.6.3 跳转指令和它们的编码

跳转（jump）指令会致使执行切换到程序中的一个全新的位置。这些跳转的目的地一般用一个标号（label）指明。

执行 PC 相关寻址时，程序计数器的值是跳转指令后面的那条指令的值，而不是跳转指令自己的地址。处理器会将更新程序计数器做为执行一条指令的第一步。例如：

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

若是指令1的操做是跳转到指令n，则偏移为0x11，由于0x0a + 0x11 = 0x1b

3.6.4 翻译条件分支语句