共计 2901 个字符，预计需要花费 8 分钟才能阅读完成。
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。
网络设备是如何通过网络运行一个 Hello world 程序？
- 用户应用键盘输入一个执行 hello 程序的命令
- 客户端发送一个执行“hello”的指令到近程服务器的的 shell
- 近程服务器的 shell 收到指令，执行 hello 程序
- 近程服务器执行 HELLO 程序
- 近程服务器 HELLO 程序的返回后果回送到客户端
零碎减速：阿姆达定律
外围：假如程序划分为两局部：不可并行局部和可并行局部。
解释：
假如一个磁盘中的程序加载到内存中，扫描目录并且进行创立文件。扫描目录和创立文件列表的局部不能并行化，但解决文件能够并行。
那么依据下面的阐明，咱们能够定义上面的变量：
- T = 串行执行的总工夫
- B = 不能够并行的总工夫
- T- B = 并行局部的总工夫
从公式来看，T-B这部分工夫是真正能够并行并且通过进步 CPU 或者线程性能的优化工夫。当多个 CPU 和线程执行并行局部的时候计算公式为：
T(N) = B + (T – B) / N（N 为处理器或者 CPU 数量）
这里咱们不须要记住简单的公式，咱们只须要晓得这个阿姆达定理理解到，要优化一个程序的性能，性能的晋升远不如咱们设想中的那么多，软硬件以及设施 IO，内存等每一项都有可能影响程序的性能，同时单项性能优化成果可能并不显著，在进行优化的时候也须要依据理论状况多方位的思考。
更多的参考资料
英文原版网站：http://tutorials.jenkov.com/j…
中文介绍：http://ifeve.com/amdahls-law/
另外，阿姆达定律提供了上面的优化形式细节：
- 线程级并发（超线程技术）
- 指令集并行（流水线技术）
- 单指令多数据并行
- 超线程技术
总结：
以上是 CSAPP 第一章节的内容重点，其实大部分内容是跟着视频解说边学边做的笔记，集体对于这种理工的货色切实是很难凑合。
最初第一章节的内容非常简略和根底，然而到了后续难度就逐步上来了。
写在最初
系列开篇，感激各位观看，如果感觉有所帮忙求点赞反对一下！
