這章通過乙個hello
程式的生命週期開始對系統的學習。這章將會學習一些實踐技巧，例如避免由計算機表示數字的方式導致的奇怪的數字錯誤；將會學習優化
c**的竅門，以充分利用處理器和儲存器系統的設計；將了解到編譯器是如何實現過程呼叫的，以及如何避免緩衝區溢位錯誤帶來的安全漏洞；將會學習如何編寫自己的
unix
外殼、動態儲存分配包、
web伺服器，認識到併發帶來的希望和陷阱。
hello.c源程式：
#include
int main()
printf(「hello,world\n」);
hello程式的生命週期從源程式開始，源程式是由0和1
組成的位(bit)
序列。8個位被組織成一組，稱為位元組。每個位元組表示程式中的某個文字字元，一般用ascii
標準來表示，即用乙個唯一的單位元組大小的整數值來表示每個字元。
hello程式以位元組序列的方式儲存在檔案中，每個位元組都有乙個整數值。每個文字行都以乙個不可見的換行符』\n』結束，對應整數值為10
。只由ascii
字元構成的檔案稱為文字檔案，其他檔案都稱為二進位制檔案。
基本思想：系統中所有資訊——包括磁碟檔案、儲存器中的程式、儲存器中存放的使用者資料以及網路上傳送的資料，都是由一串位表示的。區別不同資料物件的唯一方法是上下文。不同的上下文中，同樣的位元組序列可能表示乙個整數、浮點數、字串或者機器指令。
其他程式 按可執行目標程式格式打包，並以二進位制磁碟檔案存放
高階語言程式語句-------->
機器語言指令
------------------------------------>
可執行目標檔案
編譯：gcc -o hello hello.c
編譯系統如圖所示:
·預處理階段：預處理器根據以字元#
開頭的命令修改原始的
c程式。以
.i作為副檔名。
例如：#include
命令告訴預處理器讀取系統標頭檔案
stdio.h
的內容並插入到程式文字中，得到另乙個c程式
hello.i。
·編譯階段：編譯器將hello.i
翻譯成hello.s
，包含乙個組合語言程式。
·彙編階段：彙編器將hello.s
翻譯成機器語言指令，並將指令打包成可重定位目標程式的格式，將結果儲存在
hello.o
中。hello.o
是乙個二進位制檔案，位元組編碼是機器語言指令而不是字元。
·鏈結階段：鏈結器處理合併，得到可執行目標檔案，可以被載入到記憶體中，由系統執行。
例如：hello
程式中呼叫了
printf
函式，它是標準庫里的函式，存在於乙個
printf.o
的預編譯好的目標檔案中，鏈結器將這個檔案合併到
hello.o
檔案中，得到
hello
檔案。要在系統上執行可執行檔案，將其檔名輸入到外殼中：
unix> ./hello
hello,world
unix>
外殼是乙個命令列直譯器，輸出提示符，等待輸入乙個命令列，執行命令。
3.1 系統的硬體組成
cpu:**處理單元。
alu:算術/
邏輯單元。
pc：程式計數器。
usb:
通用序列匯流排
1.匯流排
貫穿整個系統的一組電子管道。匯流排攜帶資訊位元組並負責在各個部件之間傳遞。通常匯流排傳送定長的位元組塊（字）。字中的位元組數是乙個基本的系統引數。32
位的字長是
4個位元組，
64位的是
8個位元組。假設字長為
4個位元組，且匯流排每次只傳送乙個字。
2.i/o裝置
系統與外部世界的聯絡通道。例項中包括鍵盤，滑鼠，顯示器，磁碟驅動器。每個i/o
裝置通過乙個控制器或者介面卡與i/o
匯流排相連。控制器是主機板上的晶元組，介面卡是插在主機板插槽上的卡，功能都是在
i/o匯流排和
i/o裝置之間傳遞資訊。
3.主存
臨時儲存裝置，在處理器執行程式時，用來存放程式和程式處理的資料。主存是由一組動態隨機訪問儲存器（dram
）晶元組成的。儲存器是乙個線性的位元組陣列，每個位元組都有唯一的位址（陣列索引），位址從0
開始。c
程式變數對應的資料項的大小是根據型別變化的。例如
32位機器上，
short
型別的資料需要
2個位元組，
int、
float
、long
型別需要
4個位元組，
double需要8
個位元組。
4.處理器（**處理單元cpu）
解釋或執行儲存在主存中指令的引擎。核心是乙個字長的儲存裝置（暫存器），稱為程式計數器（pc
）。pc
在任何時刻都指向主存中的某條機器語言指令（含有該條指令的位址）。從系統通電開始到斷電期間，處理器不斷地從
pc指向的儲存器處讀取指令，解釋指令中的位，執行指令指示的簡單操作，再更新
pc，使其指向下一條指令，下一條指令不一定與剛剛執行的指令相鄰。
操作圍繞主存、暫存器檔案、算術/
邏輯單元（
alu）進行。暫存器檔案是小的儲存裝置，由1
字長的暫存器組成，每個暫存器都有唯一的名字。
alu計算新的資料和位址值。
cpu可能會執行以下操作：
·載入：把乙個位元組或乙個字從主存複製到暫存器，以覆蓋暫存器原來的內容。
·儲存：把乙個位元組或乙個字從暫存器複製到主存的某個位置，以覆蓋這個位置上原來的內容。
·操作：把兩個暫存器的內容複製到alu,alu
對這兩個字做算術操作，並將結果存放到乙個暫存器中，以覆蓋暫存器原來的內容。
·跳**從指令本身中抽取乙個字，並將這個字複製到pc
中，以覆蓋
pc中原來的值。
指令集結構描述的是每條機器**指令的效果，微體系結構描述的是處理器是如何實現的。
3.2 執行
hello程式
初始時，外殼程式執行它的指令，等待我們輸入乙個命令，當我們在鍵盤上輸入字串後，外殼程式將字元逐一讀入暫存器，再把它存放到儲存器中。
當我們敲回車鍵時，外殼知道我們已經結束了命令的輸入，外殼執行一系列指令來載入可執行的hello
檔案，將檔案中的**和資料從磁碟複製到主存，資料報括最後輸出的字串（利用直接儲存器訪問dma
，資料可以不通過處理器而直接從磁碟到達主存）。當**和資料被載入到主存，處理器開始執行hello
程式的main
程式中的機器語言指令，指令將字串的位元組從主存複製到暫存器檔案，再從暫存器檔案中複製到顯示裝置，最終顯示在螢幕上。
深入理解計算機系統第一章
即每個程式中的每個字元都在ascii標準中被乙個具體的數值來標明。這些字元稱之為ascii字元，由ascii字元構成的檔案叫做文字檔案，其他都是二進位制檔案 從原始檔到目標檔案需要4個階段，預處理，編譯，彙編，鏈結。系統的硬體組成 匯流排 貫穿系統的是一組電子管道，稱為匯流排，它攜帶資訊位元組並負責...
《深入理解計算機系統》第一章 計算機系統漫遊
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深入理解計算機系統 第一章 計算機系統漫遊
本著對計算機執行原理的好奇以及個人職業發展的需要，開始閱讀這本書。以下分節記錄讀書筆記 1.1 資訊就是位 上下文 計算機系統中存放的所有資訊都是由一串位元 bit 表示的，但值得注意的是，同樣的位元資訊在不同的上下文中所代表的意思是不同的。在這裡，我們可以將 上下文 理解為對位元資訊的解讀方式。每...