CS:APP笔记#1·计算机系统漫游 - 《博客专栏》

1.1 信息=比特+上下文
1.2 源码到可执行文件
1.3 为什么了解编译系统
1.4 处理器执行指令
1.5 高速缓存
1.6 层次存储结构
1.7 操作系统管理硬件
1.8 网络通信
1.9 重要主题

笔记不能是对书本内容的简单搬运，应该加上自己的理解和梳理，为的是方便以后更好的查阅和复习。

《计算机系统：一种程序员的视角》一书经常在知乎上被人推荐，自己基础一直不好，希望能专心把这门书学习完。但是过往看书，边看边忘，必须养成学习记录的习惯，才能查缺补漏，温故知新。

本书一个优点在于拥有配套的lab，http://csapp.cs.cmu.edu/3e/labs.html

这本书写给那些希望编写更好代码的程序员，专注介绍于计算机通用的概念。

本章借助hello world程序运行粗略讲解其中涉及计算机系统内容。

1.1 信息=比特+上下文

世界是充满信息的世界，信息无处不在，计算机本质是处理信息的工具，计算机中到处也涌动着信息。

信息是什么呢？

信息在计算机中最直观的表示，就是高低闪烁的电平信号，采用二进制表示01的位bit。

八位组成一个字节byte，一个字节通过字符编码映射一个字符，hello world源码因此由一个个字节组成。

单纯的bit序列是没有意义的，计算机中的所有信息都通过比特bits表示，上下文context是区分信息的关键。上下文可能是指bit序列的用途。

1.2 源码到可执行文件

hello源码是遍于程序员理解的语言，它并不能直接被计算机执行。需要通过一系列步骤，转换为可执行目标文件executable object file。

unix系统中，gcc complier driver负责执行这一转换步骤。
它包括了预处理器Preprocessor、编译器compiler、装配器assembler和链接器linker。

预处理器Preprocessor，执行预处理命令，执行替换文本、插入头文件等操作。
编译器compiler，将完整代码翻译成汇编语言。
装配器assembler，翻译成机器语言，成目标文件。
链接器linker，将调用的系统函数目标文件，和装配后的目标文件合并，形成可执行文件。

1.3 为什么了解编译系统

因为牛逼。

优化程序性能
理解链接时出现的错误
避免安全漏洞

1.4 处理器执行指令

接下来，我们可以敲入命令，使计算机将会执行hello world，在显示器上输出hello world字样。

首先了解一些计算机的基础结构。

总线
- 总线被设计成传送定长的字节块，通常32位或者64位，称为字word。
IO设备
- 包括控制器和适配器，控制器是设备中的主板，设配器是插在电脑上的接口。
主存（内存）
- 动态随机存取存储器DRAM
处理器
- 核心是程序计数器PC，一个寄存器，指向内存中某条机器指令地址

执行hello world时，首先从键盘输入shell命令，回车按下后，将输入的命令字符串输入寄存器，然后再存入内存。

shell程序执行一系列指令，加载执行磁盘中的hello可行性文件。

1.5 高速缓存

高速缓冲是为了解决处理器高速和主存读取低速之间的矛盾。由静态随机访问储存器SRAM实现，分为L1、L2、L3不同级别。

1.6 层次存储结构

更大更慢更便宜，更小更快更贵。

1.7 操作系统管理硬件

所有应用程序都通过操作系统实现对硬件（IO设备、主存、处理器）的操作。

操作系统通过抽象，简化对硬件的管理。
文件是对IO设备的抽象，虚拟内存是对主存的抽象，进程是对处理器的抽象。

进程

进程process是操作系统对一个正在运行的程序的抽象。一个系统可以运行多个进程，每个进程都可以看做独占地使用硬件。
进程运行时所有的状态信息称为上下文context。
操作系统内核kernel负责进程上下文间的切换，是操作系统代码常驻内存的部分。
进程中还可以有多种控制流，称为线程thread。