深入理解计算机系统
深入理解计算机系统
文件I/OI/O就是在内存和外部设备（磁盘、终端、网络）之间拷贝数据的过程。
有时必需使用unix I/O，譬如标准I/O没有提供读取文件元数据的方式，元数据包括文件大小或文件创建时间。
妨碍优化的因素之一，是存储器别名。
妨碍优化的因素之二，是函数调用。
Gcc编译器完成基本的优化，不会对程序进行激进变化，gcc程序员以一种简化编译器生成高效代码的方式来编写程序。
消除循环的低效率：识别出要执行多次但是计算结果不会改变的计算，譬如循环测试条件用固定值、不用计算，这类优化称为代码移动优化。
C语言由贝尔实验室发明，主要为了unix操作系统便于移植，是系统级编程的首选，不足是指针造成困惑和程序错误，缺乏对一些有用抽象的显示支持。
每条c语句必须被转化为低级机器语言指令，指令按照一种称为可执行目标程序的格式打好包，并以二进制磁盘文件的形式存放起来。
Unix系统，从源文件到可执行目标程序（又称可执行目标文件）的转化是由编译器启动程序完成的。
编译系统由预处理器、编译器、汇编器、链接器组成。
一个进程的指令和另一个进程的指令是交错执行的，操作系统实现这种交错执行的机制称为上下文切换。
虚拟存储器是一个抽象的概念，每个进程看到的存储器都是一致的，称之为虚拟地址空间。
正文段和数据段在进程一旦开始运行就被指定了大小的。
堆可以在运行时动态的扩展或者收缩。
共享库用来存放c标准库和数学库这样共享库的代码和数据的区域。
栈，编译器用它来实现函数调用，程序执行期间可以动态的扩展或收缩。
每次调用一个函数时，栈就会增长。
每次从函数返回时，栈就会收缩。
内核虚拟存储器，内核是操作系统总是驻留在存储器的部分。
地址空间顶部的1/4是为内核留的。
不允许应用程序读写这个区域或者直接调用内核代码定义的函数。
进制：十六进制字母不区分大小写，如果位总数不是2的倍数，左补0，两位长表示一个字节。
二进制转换为十六进制，分割为每四位一组进行转换，如果位总数不是4的倍数，最左边的一组左补0。
深入理解计算机系统 pdf 第三版
深入理解计算机系统 pdf 第三版深入理解计算机系统第三版本书是Bryant和O'Hallaron所著的《深入理解计算机系统》第三版。
这本书涵盖了计算机系统的许多重要领域，包括计算机组成、操作系统和网络。
通过对这些基本概念的深入探讨，读者将能够更好地理解计算机系统的工作原理，并学会如何设计高效和可靠的系统。
本书的第一部分介绍了计算机系统的基本概念，如位和字节的表示、指令集架构、存储器层次结构和系统级I/O。
读者将学会如何使用不同的表示形式来表示数字，如有符号和无符号整数、浮点数和字符串。
此外，本书还详细介绍了指令集架构的基本原理和机器级程序的执行过程。
通过对存储器层次结构和系统级I/O的讨论，读者将了解如何提高系统的性能和可扩展性。
第二部分深入研究了计算机系统的内存层次结构和存储管理技术。
本书介绍了主存、虚拟存储器、动态存储分配和缓存技术。
读者将学会如何利用虚拟存储器来管理有限的物理内存资源，并了解动态存储分配的原理和实现。
此外，本书还介绍了缓存技术的工作原理和性能优化策略，让读者能够设计高效的存储系统。
第三部分探讨了计算机系统的机器级表示和优化技术。
本书介绍了整数和浮点数的表示和计算、程序的机器级表示和汇编语言编程。
此外，本书还深入讨论了程序的运行时环境和陷阱处理，以及如何利用编译器进行性能优化。
第四部分涵盖了计算机系统的操作系统和网络。
本书介绍了操作系统的基本概念和功能，如进程管理、内存管理和文件系统。
读者将了解操作系统如何管理资源、提供服务和保护系统的安全性。
此外，本书还介绍了计算机网络的基本原理和协议，如IP、TCP和HTTP。
通过对这些关键概念的深入探讨，读者将能够理解计算机系统之间如何进行通信和共享资源。
《深入理解计算机系统》第三版不仅适合计算机科学和工程专业的学生，也适合对计算机系统工作原理感兴趣的读者。
阅读本书后，读者将对计算机系统的各个方面有更深入的理解，并能够应用所学知识设计和优化高效和可靠的系统。
深入理解计算机系统
《深入理解计算机系统》内容概述【示例范文仅供参考】---------------------------------------------------------------------- 《深入理解计算机系统》是2016年机械工业出版社的图书，作者是（美）布赖恩特（Bryant,R.E.）。
《深入理解计算机系统》是理解计算机系统首选书目，是10余万程序员的共同选择。
卡内基-梅隆、北京大学、清华大学、上海交通大学等国内外众多知名高校选用指定教材。
从程序员视角全面剖析的实现细节，使读者深刻理解程序的行为，将所有计算机系统的相关知识融会贯通。
和第2版相比，本版内容上最大的变化是，从以IA32和x86-64为基础转变为完全以x86-64为基础。
主要更新如下：基于x86-64，大量地重写代码，首次介绍对处理浮点数据的程序的机器级支持。
处理器体系结构修改为支持64位字和操作的设计。
引入更多的功能单元和更复杂的控制逻辑，使基于程序数据流表示的程序性能模型预测更加可靠。
扩充关于用GOT和PLT创建与位置无关代码的讨论，描述了更加强大的链接技术（比如库打桩）。
增加了对信号处理程序更细致的描述，包括异步信号安全的函数等。
采用新函数，更新了与协议无关和线程安全的网络编程。
本书主要介绍了计算机系统的基本概念，包括最底层的内存中的数据表示、流水线指令的构成、虚拟存储器、编译系统、动态加载库，以及用户应用等。
书中提供了大量实际操作，可以帮助读者更好地理解程序执行的方式，改进程序的执行效率。
此书以程序员的视角全面讲解了计算机系统，深入浅出地介绍了处理器、编译器、操作系统和网络环境，是这一领域的权威之作。
本书适合作为计算机及相关专业的本科生教材，同时也适用于编程人员参考阅读。
深入理解计算机系统
1.在Unix系统上，从源文件到目标文件的转化是由编译器驱动程序完成的：unix> gcc –o hello hello.c这个翻译过程可分为四个阶段完成（预处理器、编译器、汇编器和链接器），这四个阶段的程序一起构成了编译系统。
预处理阶段：预处理器根据以字符#开头的命令，修改原始的C程序。
比如hello.c中第一行的#include<stdio.h>命令告诉预处理器读取系统头文件stdio.h的内容，并把它直接插入到程序文本中。
结果就得到了另一个C程序，通常是以.i作为文件扩展名。
编译阶段：编译器将文本文件hello.i翻译成文本文件hello.s，它包含一个汇编语言程序。
汇编语言程序中的每条语句都以一种标准的文本格式确切的描述了一个低级机器语言指令。
汇编语言是非常有用的，因为它为不同高级语言的不同编译器提供了通用的输出语言。
例如，C编译器和Fortran编译器产生的输出文件用的都是一样的汇编语言。
汇编阶段：接下来，汇编器将hello.s翻译成机器语言指令，把这些指令打包成一种叫做可重定位目标程序的格式，并将结果保存在目标文件hello.o中。
hello.o文件是一个二进制文件，它的字节编码是机器语言指令而不是字符。
链接阶段：hello程序调用了printf函数，它是每个C编译器都会提供的标准C库中的一个函数。
printf函数存在于一个名为printf.o的单独的预编译好了的目标文件中，而这个问题件必须以某种方式合并到我们的hello.o程序胡总。
链接器就负责处理这种合并。
结果就得到hello文件，它是一个可执行目标文件，可以被加载到内存中，由系统执行。
2.每个I/O设备都通过一个控制器或适配器与I/O总线相连。
控制器和适配器之间的区别主要在于它们的封装方式。
控制器是置于I/O设备本身的或者系统的主印制电路板（主板）上的芯片组，而适配器则是一块插在主板插槽上的卡。
无论如何，它们的功能都是在I/O总线和设备之间传递信息。
《深入理解计算机系统》读后感
《深入理解计算机系统》读后感第一次听到这本书还是我们的导师袁志斌老师介绍的。
在这之前我是对它毫无概念可言。
袁老师对这本书可谓是推崇备至，因此就介绍给我们全班，并希望说让我们能够静下心好好的去看它、了解它。
于是我开始了阅读"深入"的征程。
之所以说是"征程"是因为这本说的内容确实是很难。
至少是对于我来说。
很多东西之前都没有接触过。
除了那点少的可怜的C语言底子之外就剩下数字电路的东西了。
其他的基本上是听都没听过。
毕竟这本书要求先修的课程有很多，神马《计算机组成原理》，《汇编程序设计》。
这些都没有学过。
但是，就算是这样，凭着被袁老师鼓起的热情，硬着头皮买了它，开始了啃"深入"的日子。
在这里先简单的介绍一下"深入"的基本章节内容。
第一章A Tour of Computer System对计算机系统总体的做了一个简单的介绍，第二章Representing and Manipulating Information主要说的是信息在计算机中的表示形式。
包括整数和浮点数的表示形式。
第三章Machine-Level Representation of Program汇编语言的复习。
过程调用，尤其是过程调用(包括递归调用)中堆栈的使用情况是经常会考到的。
数据在内存中的"对齐"方式，也是经常出现在考题中的。
比如定义一个结构体数组，打印出其中一个元素的地址，问这个地址相对数组起始地址有多少个字节的距离。
第四章Processor Architecture计算机体系结构的内容。
处理器结构，各种逻辑门、功能单元，指令集，指令的执行，指令执行的流水线等。
第五章Optimizing Program Performance如何优化程序的执行效率，包括代码的优化，编译器的优化，及CPU级别的优化。
CPU级别的优化，微指令的概念，功能单元上微指令的并行，程序分支的预测等。
深入理解计算机系统（CSAPP）课后实验CSAPPLAB1——DataLab
深⼊理解计算机系统（CSAPP）课后实验CSAPPLAB1——DataLab实验说明《深⼊理解计算机系统》是卡内基梅隆⼤学计算机专业的计算机体系课程的标配教材，可以在B站看其配套⽹课（）。
课程由书的作者两个⼈共同执教，⽐较适合有C语⾔的基础的同学作为计算机体系构建的课程。
但是，仅仅看书收获还是有限的，所以为了加强Coding，⽽不是纸上谈兵，还需要做这本书配套的实验，全书总共9个实验，本次讲解Lab1。
实验条件准备实验环境使⽤Ubuntu，为了减少环境搭建成本，我们使⽤虚拟机来进⾏。
我之前⽤过VMWare，但感觉不是很舒服，⽽且还要找破解版⽐较⿇烦。
所以，这次使⽤VituralBox，这是开源的虚拟机，免费，⾜够实验使⽤。
虚拟机环境搭建⾸先，去VituralBox官⽹下载虚拟机安装包（），⼀般是Windows的吧，如果想下载其他版本的，点这个。
下载完毕，管理员权限安装，⼀路点Next就好了。
按照⼀般配置虚拟机的套路，我们应该去Ubuntu之类的官⽹下载系统镜像来进⾏安装。
但实际上，这个步骤可以省⼀省，直接去下载⼈家配置好环境的虚拟机镜像就好，⼀键配置妙不妙呀~我这⾥是⽤之前下载的⼀个清华操作系统课程提供的系统镜像（），⾥⾯已经配置好了，虚拟机的管理员密码是1个空格，⼀般提⽰输密码就输这个下载好镜像之后解压缩，注意，这个压缩包格式是.xz（某明星），这⾥实测WINRAR和BANDZIP可以解压，其他的没测试过。
解压之后是⼀个6G多的.vdi⽂件，在硬盘⾥新建⼀个⽂件夹，把.vdi⽂件拖进去。
然后打开VituralBox，点击创建，系统类型选择Linux，Ubuntu64位，给虚拟机起个名字，然后选择刚刚新的⽂件夹作为虚拟机⽬录，点下⼀步。
现在是选择内存⼤⼩，随意，⼤点没那么卡，⼩点可以同时开多⼏个，建议2GB以上，再下⼀步。
选择⽤已有的虚拟硬盘⽂件，然后打开⽬录，选中刚刚那个.vdi⽂件，点击创建。
《深入理解计算机系统》读书心得
《深入理解计算机系统》读书心得通过阅读《深入理解计算机系统》，我深深体会到了计算机系统的复杂性和精妙之处。
这本书系统地介绍了计算机系统的各个层次，从硬件到操作系统再到应用程序的实现，使我深入了解了计算机系统的运行原理和工作方式。
首先，书中详细介绍了计算机系统的硬件部分，包括处理器的结构与功能、内存的层次结构、存储器的管理和缓存的设计等。
通过学习这些内容，我对计算机的运行机制有了更加清晰的认识，了解了计算机如何执行程序、如何进行数据存储和访问等基本操作。
同时，书中还介绍了指令集体系结构和流水线技术等先进的处理器设计原理，使我对处理器的工作方式和性能优化有了更深入的理解。
其次，书中还详细介绍了操作系统的基本概念和结构，包括进程管理、存储管理、文件系统等内容。
通过学习这些知识，我对操作系统的功能和作用有了更深入的了解，了解了操作系统如何管理计算机资源、提高系统的运行效率，并且学习了操作系统的基本原理和设计思想，对我今后的系统编程和系统管理工作有了很大帮助。
最后，书中还介绍了应用程序的实现原理和优化方法，包括程序的编译、链接和调试等内容。
通过学习这些内容，我对程序的编写和优化有了更深入的认识，了解了程序如何被编译和执行、如何进行性能优化等关键问题，这对我的编程能力和技术水平的提高有着重要的意义。
总的来说，《深入理解计算机系统》是一本非常优秀的计算机系统教材，通过学习这本书，我对计算机系统的各个方面有了更深入的了解，提高了我的技术水平和解决问题的能力，对我今后的学习和工作都有很大的帮助。
希望能够继续深入学习计算机系统的知识，不断提高自己的技术水平，为未来的发展打下坚实的基础。
电脑技术宅必读的十本经典IT书籍
电脑技术宅必读的十本经典IT书籍1. 《计算机科学导论》《计算机科学导论》是一本经典的IT书籍，它系统地介绍了计算机科学的基本概念和原理。
从计算机的历史发展到算法、编程语言、数据结构等方面，这本书为读者提供了全面而深入的知识体系，适合初学者快速入门。
无论是作为计算机专业的入门教材，还是作为普通读者了解计算机科学的入门读物，都是不可或缺的一本书。
2. 《深入理解计算机系统》《深入理解计算机系统》是一本探讨计算机系统底层原理的经典之作。
通过深入解析操作系统、编译器、计算机网络等核心技术，读者能够更加全面地理解计算机系统的运行机制。
这本书适合那些想要深入了解计算机内部工作原理、进行系统级开发的技术宅。
3. 《算法导论》《算法导论》是一本经典的算法学习指南，被誉为计算机科学领域的圣经。
这本书介绍了各种常用的算法和数据结构，探讨了算法设计与分析的基本方法，并通过丰富的示例和习题帮助读者提升编程和问题解决能力。
对于编程技术宅来说，掌握好算法的能力是必不可少的。
4. 《人月神话》《人月神话》这本经典著作是软件工程领域的指导书籍，探讨了软件项目管理和开发中的常见问题。
作者通过举例和实践总结，告诉读者如何高效地进行软件开发，避免项目延期和质量问题。
对于在IT行业从事软件开发的技术宅们来说，这本书能够让他们深刻理解软件开发的本质和要点。
5. 《设计模式：可复用面向对象软件的基础》《设计模式》是一本介绍软件设计模式的经典书籍，它提供了面向对象软件设计的一系列经典解决方案。
通过学习设计模式，技术宅们可以提高代码的可重用性和可维护性，写出更加优雅和高效的程序。
6. 《C程序设计语言》《C程序设计语言》是一本为学习C语言而编写的经典著作。
C语言作为一种通用的高级编程语言，广泛应用于嵌入式系统和操作系统开发等领域。
对于技术宅来说，精通C语言是必不可少的，这本书可以帮助他们系统地学习C语言的基础知识和编程技巧。
7. 《Java核心技术卷一》《Java核心技术卷一》是一本全面介绍Java编程语言的经典教材。
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2
Hunan University
Intel x86 Processors
Totally y dominate laptop/desktop/server p p/ p/ market Evolutionary o ut o a y design des g
Backwards compatible up until 8086, introduced in 1978 Added more features as time goes on
11
Hunan University
Definitions
Architecture: ( (also instruction set architecture: ISA) ) The parts of a processor design that one needs to understand to write assembly code.
2004: Intel Announces EM64T extension to IA32
Extended Memory 64‐bit Technology Almost identical to x86‐64!
All but low‐end x86 processors support x86‐64
6
Hunan University
More Information
Intel p processors ( (Wikipedia) p ) Intel microarchitectures
7
Hunan University
x86 Clones: Advanced Micro Devices (AMD)
E Example l ISAs ISA (Intel): (I l) x86, 86 IA
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Hunan University
Assembly Programmer’s View
CPU PC Registers Condition Codes
Memory
Addresses Data I Instructions i Code Data Stack
But, lots of code still runs in 32‐bit mode
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Hunan University
Our Coverage
IA32
The traditional x86
x86‐64/EM64T
The emerging standard
Presentation
Code in files p1.c p2.c Compile with command: gcc –O1 p1.c p2.c -o p
Use basic optimizations (-O1) Put resulting binary in file p
text
C program (p1.c p2.c) Compiler p (g gcc -S)
1700‐3900
Four cores (our shark machines)
2013 1.4B 1900‐3700
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Hunan University
Intel x86 Processors: Overview
Architectures
AMD Stepped in with Evolutionary Solution
x86‐64 (now called “AMD64”) AMD64 )
Intel Felt Obligated to Focus on IA64
Hard to admit mistake or that AMD is better
386
1985
275K
16‐33
First 32 bit processor , referred to as IA32 Added “flat addressing”, Capable of running Unix
Pentium 4F
2004
125M
2800‐3800
First 64‐bit processor processor, referred to as x86‐64
X86‐16
Processors
8086 286
X86‐32/IA32
MMX SSE SSE2 SSE3
386 486 Pentium Pentium MMX Pentium III Pentium 4 Pentium 4E Pentium 4F Core 2 Duo Core i7
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X86‐64 / EM64t
Core 2 2006 291M 1060‐3500 Core i7 Haswell
On‐chip GPU
First multi‐core Intel processor p
2008
731M
Byte addressable array Code and user data Stack to support procedures
Register file
Condition codes
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Turning g C into Object j Code
Add d Features Added F t
Instructions to support multimedia operations Instructions to enable more efficient conditional operations Transition from 32 bits to 64bits More cores
Book presents IA32 in Sections 3.1—3.12 Covers x86‐64 in 3.13 W will We ill cover b both th simultaneously i lt l Some labs will be based on x86‐64, others on IA32
Complex instruction set computer (CISC)
Many different instructions with many different formats
But, only small subset encountered with Linux programs Hard H d t to match t h performance f of f Reduced R d d Instruction I t ti Set S t Computers C t (RISC) But, Intel has done j just that! In terms of speed. Less so for low power.
Hunan University
程序的机器级表示 I: 基本
计算机组成与结构 第5-6讲，2015年3月
主讲教师 赵欢 hzhao@
1
Hunan University
Today: Machine Programming I: Basics
History y of Intel processors p and architectures C, assembly, machine code Assembly Basics: asics: Registers, operands, move Intro to x86‐64
3
Hunan University
Intel x86 Evolution: Milestones
Name 8086 Date 1978 Transistors 29K MHz 5‐10
First 16‐bit processor. Basis for IBM PC & DOS 1MB address space
Historically
AMD has followed just behind Intel A little bit slower, a lot cheaper
Then
Recruited top circuit designers from Digital Equipment Corp. and
10
Hunan University
Today: Machine Programming I: Basics
History y of Intel processors p and architectures C, assembly, machine code Assembly Basics: asics: Registers, operands, move Intro to x86‐64
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Hunan University
Intel’s Intel s 64‐Bit
Intel Attempted Radical Shift from IA32 to IA64
Totally different architecture (Itanium) Executes IA32 code only as legacy Performance disappointing
Examples: instruction set specification, registers.
Microarchitecture: Implementation of the architecture.