CS15-213 csapp chapter01 计算机系统漫游 学习笔记
作者:互联网
csapp chapter01 计算机系统漫游 学习笔记
说明
笔记参考书籍:《深入理解计算机系统》,截图来源书籍。
信息就是位 + 上下文
计算机系统是由 硬件
和 系统软件
组成的,两者共同工作来运行应用程序。
源程序实际上就是一个由 0
和 1
组成的位(称为比特)序列,8个位被组成为一组,称为字节。
每个字节表示程序中的某些文本字符。
现代大部分的计算机系统都使用 ASCII标准
来表示文本字符。实际上就是一个唯一的单字节大小的整数值来表示每个字符。
具体的ASCII码表 参考【Link】
一个程序hello.c
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("hello,world\n");
return 0;
}
对于hello.c程序,如果使用ASCII文件表示如下:
以上程序的表示方法说明了一个基本思想:系统中的所有信息 —— —— 包括磁盘文件、内存中的程序、内存中存放的用户数据以及网络上传送的数据,都是由一串比特
表示的。
区分不同数据对象的唯一方法:读取到某个数据对象时的上下文。
程序的翻译
编译系统的构成
这四个阶段的程序(预处理器、编译器、汇编器和链接器)一起构成。
- 预处理器阶段
- 预处理器(cpp) 根据以
字节#
开头的命令,修改原始的C程序。
- 预处理器(cpp) 根据以
- 编译阶段
- 编译器(ccl)将文本文件hello.i翻译成文本文件hello.s,它包含一个汇编语言程序。
main:
subq $8,%rsp
mov1 $.LCO,%edi
call $puts
mov1 $0,%eax
addq $8,%rsp
ret
- 汇编阶段
- 汇编器(as) 将hello.s 翻译成机器语言指令,并把指令打包成叫做可重定位目标程序(relocatable object program)的格式。
- hello.o文件是一个二进制文件,包含了17个字节是main函数的指令编码。
- 链接阶段
- 调用了printf函数,它是C编译器都提供标准C库中的一个函数。
GNU项目和C语言起源
一、GNU项目
GCC是GNU(GNU是GNU’s Not Unix的缩写)项目之一。
GNU项目1984年Richard Stallman发起的慈善项目。
开发出了一个完整的类Unix的系统,其源代码能够不受限制地被修改和传播。
GNU项目是除了内核外,依赖Unix操作系统的所有主要部件的环境。
GNU环境包括:EMACS编辑器、GCC编辑器、GDB编译器、汇编器、链接器、处理二进制文件的工具以及其他的一些部件
。
二、C语言起源
C语言是贝尔实验室的Dennis Ritchie 于1969年 ~ 1973年期间被创建。
The American National Standards Institute (ANSI)在1989年颁布了ANSI C的标准。
C的标准库定义了C语言
和一系列函数库
。
C语言成功的原因:
-
C语言与Unix操作系统关系密切。
- 最开始用于Unix系统的开发。
- 大部分Unix内核,以及所有支撑工具和函数库都是用C语言编写的。
-
C语言小而简单
-
C语言是为实践目的而设计的。
系统的硬件组成
一、总线
贯穿整个系统的一组电子管道,称作总线。
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)。
字中的字节数(即字长)是一个基本的系统参数,各个系统中都不相同。
二、I/O设备
I/O(输入/输出)设备是系统与外部世界的联系通道。
每个I/O设备都通过一个控制器或适配器与I/O总线相连。
控制器和适配器之间的区别主要在于它们的封装方式。都是在I/O总线
和I/O设备
之间传递信息。
控制器:I/O设备本身或者系统的主印制电路板(通常称作主板)上的芯片组。
适配器:是一块插在主板插槽上的卡。
三、主存
主存是一个临时存储设备,在处理器执行程序时,用来存放程序和程序处理的数据。
两个角度看问题
- 物理角度
- 主存是一组动态随机存取存储器(DRAM)芯片组成的。
- 逻辑角度
- 存储器是一个线性的字节数组,每个字节都有其
唯一的地址
(数组索引),地址是从零
开始。
- 存储器是一个线性的字节数组,每个字节都有其
四、处理器
中央处理单元(CPU),简称处理器,是解释(或执行)存储在主存中指令的引擎。
处理器的核心:一个大小为一个字的存储设备(或寄存器),称为程序计数器(PC)。
在任何时候,PC都指向主存中的某条机器语言指令(即含有该条指令的地址)。
从系统通电开始,直到系统断电,处理器一直不断地执行程序计数器指向的指令,再更新程序计数器,使其指向下一条指令。
对于指令进行简单的操作,但是这些操作都是围绕着主存、寄存器文件(register file)和算术/逻辑单元(ALU)
进行。
- 寄存器文件:一个小的存储设备,由一些单个字长的寄存器组成,每个寄存器都有唯一的名字。
- ALU计算新的数据和地址值。
运行hello程序解析
初始时,shell程序执行它的指令,等待输入一个命令。当键盘上输入字符串“./hello”后,shell程序将字符逐一读入寄存器,再把它存放到内存中。
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。步骤如下:
一旦目标文件hello中的代码和书就被加载到主存中,处理器就开始执行hello程序的main程序中的机器语言指令。
这些指令将“hello,world\n”字符串中的字节从主存复制寄存器文件,再从寄存器文件中复制到显示设备,最终显示屏幕上。
Amdahl定律
发明者:Gene Amdahl
主要思想:当我们对系统的某个部分加速时,其对系统整体性能的影响取决于该部分的重要性和加速程度。
标签:csapp,213,GNU,主存,CS15,C语言,指令,处理器,hello 来源: https://blog.csdn.net/qq_34178958/article/details/120538751