深入理解计算机系统-学习笔记（1）

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mob604756eedb0b 2021-10-08 21:32:00

本博客由个人对于深入理解计算机系统（第三版）一书的学习笔记整理而成
挺乱的，也挺简略，毕竟整理笔记也挺麻烦的（

计算机系统漫游

先看一段代码：

#include<stdio.h>

int main()
{
	printf("Hello, world\n");
	return 0;
}

让我们看看这段程序的组成，以及它是如何运行的

程序组成

深入理解计算机系统-学习笔记（1）_机器语言

可以看到，这段程序是以字节序列的方式存储在文件中的，每个字节都有一个整数值，对应某些字符，这就是ASCII码

只由ASCII码组成的文件称为文本文件，其余文件称为二进制文件

程序编译过程

像hello.c这样的高级语言写出来的程序，虽然能让人看懂，但却无法在系统上直接运行。为了能让系统也读懂这段代码，需要对该代码进行多次转换

深入理解计算机系统-学习笔记（1）_主存_02

预处理阶段

预处理器（cpp）根据以字符#开头的命令，修改原始的C程序，主要是将读取的系统头文件stdio.h中的内容插入到程序文本中。所得的另一个C程序以.i作为文件扩展名
编译阶段

编译器（cll）将hello.i程序翻译为汇编语言，翻译后的文件以.s作为文件扩展名。这里只放出main函数的汇编语言：

汇编语言为不同的高级语言的不同编译器提供了通用的输出语言
汇编阶段

汇编器（as）将hello.s程序翻译为机器语言指令，并将其打包成可重定位目标程序的格式，并将结果保存在hello.o中。这是一个二进制文件
链接阶段

因为hello程序中调用了printf函数，这是标准C语言库中的一个函数，存在与一个名为printf.o的单独的预编译好了的文件中。为了调用此函数，就必须将这个文件以某种方式合并到我们的程序中，链接器（ld）就负责处理这种合并。最终得到的hello文件，就是一个可执行文件，可以被加载到内存中，由系统使用

系统的硬件组成

深入理解计算机系统-学习笔记（1）_机器语言_03

总线

贯穿整个系统的一组点句子管道，携带信息字节并负责在各个部位间传递。通常被设计为传送定长的字节块
I/O 设备

I/O（输入/输出）设备时系统与外部世界的联系通道，如作为输入设备的键盘鼠标，作为输出设备的显示器等。通过控制器与适配器与I/O总线相连
主存

一个临时存储设备，用于存放程序和程序处理的数据
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

处理器的核心是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）。PC会一直指向主存中的某条机器语言指令，并进行执行

CPU执行指令的过程围绕着主存，寄存器文件（register file）和算术/逻辑单元（ALU）进行。寄存器文件是一个小的存储设备，由一些单个字长的寄存器组成，且每个寄存器都有唯一的名字。ALU则计算新的数据和地址值

CPU大致能够执行以下一些操作：
- 加载：从主存复制一个字节或者一个字到寄存器，覆盖寄存器原来的内容
- 存储：从寄存器复制一个字节或者一个字到主存中的某个位置，覆盖该位置上原本的内容
- 操作：把两个寄存器的内容复制到ALU，ALU对这两个字做算术运算，并将结果存放到一个寄存器中
- 跳转：从指令本身中抽取一个字，将这个字辅助到PC中，覆盖PC原本的值
等等