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CSAPP学习笔记 - 计算机的概览前言 这是CSAPP集体专栏的开篇。 这本书应该不须要我过多介绍了，看这本书集体依赖了视频和书本对照学习，学习的进度很慢也比拟苦楚，不晓得多久能够更一期，做这个系列也算是激励本人加油学习。 集体感想 文科生看到这书头痛到爆炸，很多公式压根看不懂，只能重复看去背了（天知道为什么大学会跑去选个计算机的业余）。 CSAPP介绍 依照集体学习的讲述人说的话就是：这本书讲述的并不深刻，然而能够通知你理解计算机的所有重点内容 概述：理解一个HelloWorld在计算机的底层经验了什么事件一个计算机蕴含了那些根本内容。一个Hello world的C程序在计算机系统的运行程序是怎么的。操作系统和IO设施，操作系统的执行周期。一个Hello world 程序的生命周期首先，咱们从根底动手，看看一个Helloworld 程序在计算机的底层经验了哪些事件？ 预处理：将头文件退出到程序当中造成文件援用，并且生成hello.i 文件编译：把预处理的hello.i文件通过程序代码语言的优化和细节解决，通过编译之后，造成计算机翻译生成编译后文件 hello.s 文件汇编：将编译解决的文件通过机器码指令翻译为机器能辨认的汇编指令，生产 hello.o文件链接：须要将多个文件内容进行合并，比方把hello.o文件和机器汇编printf.o 件合并，生成最终须要的hello 程序 为什么要了解编译系统是如何工作的，咱们用工具调试不香么？ 优化程序性能了解链接这一步骤的异样（全局和局部变量是什么）防止安全漏洞（理解堆栈原理和缓冲器的谬误） 看这本书还能够帮忙咱们理解上面的内容 Switch 为什么有时候要替换为if/else？函数调用开销有多大？for和while那个更快？CPU的逻辑构造： PC(程序计数器)：存储着下一条寄存器指令的地址，大小为一个4字节的存储区域，实际上为一个指针。（32位4个字节，64位为8个字节）（program count） 程序计数器注意事项： 计算机中提供要从存储器中取出的下一个指令地址的寄存器PC每次自增都是固定的字长PC自增是PC+取出指令的长度一个字节占8位，一个字占16位两个指令的地位不肯定相邻 寄存器：通常为用于程序计算的一小块高速缓存，寄存器的容量比拟小。长期存放数据的空间 ALU：负责将寄存器传递的值进行计算操作。 总线：贯通整个计算机系统的外围设施，负责将数据到各个硬件进行固定的字节数据传输。 内存：负责将处理器的内容进行计算或者解决 输入输出设施：输入输出设施示意计算机系统和外部设备的接入操作 一个Hello world 程序在计算机系统的运行程序上面这个图是不便本人了解画的，画的很丑，能够去网上找很多画的难看，画的难看的集体不太能了解（HHH） 下面这个图的运行程序如下： 首先，咱们的程序从硬盘读入，通过硬盘的IO控制器通过DMA的模式间接进入到主内存。（<font color='red'>红线</font>）摘自百科：“DMA，全称为：Direct Memory Access，间接存储器拜访，是所有古代电脑的重要特色，它容许不同速度的硬件安装来沟通，而不须要依赖于 CPU 的大量中断负载。”接着程序通过主内存和IO连接器进入到寄存器中进行计算的操作，这时候有可能会应用ALU，只不过图中没有画进去。寄存器计算实现之后，输入到显示控制器，显示咱们程序的计算结果。（<font color='orange'>橙线</font>） 当然这个图也相当的简略，然而能总体概括一个程序的生命流程。 从下面的步骤能够看到，一个程序的根本步骤就是一个输出到输入的过程，这个过程称为一个环。 操作系统是如何形象IO设施，内存和处理器的?在上面的图例所示当中，咱们来看下咱们通常了解的文件，内存和处理器这三个外围组成部分在操作系统中是如何形象的： 每一个文件就是对于IO设施的形象虚拟内存是对内存和IO设施的形象过程：则是对处理器，虚拟内存和IO设施的形象什么是操作系统？它和应用程序以及硬件的关系？ 操作系统其实就是应用程序和硬件之间的一座桥梁，负责形象硬件层负责的操作逻辑，同时对于应用程序提供爱护。 操作系统将整个硬件划分为 IO设施，虚拟内存和过程这三个十分重要的形象。 操作系统中一个过程的执行周期：当零碎过程运行的时候，shell过程通过零碎调用的模式，构建一个Hello过程。此时shell保留以后过程的上下文，同时进入Hello过程，也产生一份新的hello上下文。将控制权交给Hello过程，此时shell进行期待状态hello过程执行结束，返回后果给shell过程。shell过程回到零碎过程期待下一个命令。 这里有一个思考题：shell的实现机制是如何实现了，如何实现相似shell期待的程序？ Linux：所有皆是文件如何了解？ 上文提到了一个程序其实就是一次输出/输入的过程。 文件是对IO设施的形象，也是过程以及虚拟内存的根底单元和构造组成，所以所有皆文件意味着内存中操作的所有数据都能够看做一个io的输出和输入，输出数据，输入构造，这也意味着文件作为操作系统的根底单元的重要位置。 ...

4.1 Y86-64指令集体系结构通过Y86——一个模仿X86的体系结构学习CPU构造程序员可见状态去掉了%r15，用F代表无寄存器。 Y86-64指令只反对64位。 mov：分成irmovq，rrmovq，mrmovq，rmmovq。不反对第二变址寄存器，和伸缩。即rrmovq (%rdi,%rsi,4) %rdx这样的格局。 算数运算：addq, subq, andq, xorq,这些指令会设置条件码。 残余：跳转，条件传送，call&ret，push&pop，halt指令编码与x86相似。第一个字节前四位指明指令大类，后四位指明具体行为，比方 addq=0x60。第二个字节指明REGIS A，B。 4.2逻辑设计和硬件管制语言HCL逻辑门[逻辑门类型和图形示意] 组合电路和HCL布尔表达式HCL布尔表达式都可能被转化成电路设计。比方位相等bool eq = (a && b) || (!a && !b)就能够用下图示意。而多路复用器电路bool out = (s && a) || (!s && b);（用S管制输入a/b）能够用下图示意。 字节级别将64个小电路做AND运算即可。能够形象成一个大单元。 存储器和时钟作者先提出了两类寄存器的区别。这是在前面才会学到的。硬件寄存器，是用于字传送的，程序员不可见。程序寄存器，程序员可见，就是汇编用到的那些。寄存器在电压回升是载入新值，输入原址（保留的值）。时钟管制着寄存器的加载。 4.3 Y86-64的SEQ实现SEQ硬件实现在程序实现中，一个时钟周期被分为5片（2和5常常在一起说）：1.fetch 2. decode 3.execute 4.memory 5.write back 6.pc update fetch从M[PC]中拿到指令，rA，rB，valC，valP（+8的）。检测简略谬误。 decode从寄存器失去valA，valB。 execute依据icode，决定ALU的性能，输入valE。 memory依据memo_addr,memo_data,从内存中读取/写入数据/产出谬误。他们的值从HCL中来。 write back依据dstE,valE(execute失去的），dstM,valM(memory失去的）更新指标寄存器。 SEQ的实现这个局部把下面的图拆成5个局部，每个局部用小图和HCL的形式形容进去。残缺HCL如下 fetch #SEQbool need_regids =icode in { IRRMOVQ, IOPQ, IPUSHQ, IPOPQ, IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ };bool need_valC = icode in { IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IJXX, ICALL };decode&writeback ...