计算机系统-概述
1.信息
文本文件：只由ASCII字符构成的文件
二进制文件：所有其他文件
区分不同数据对象的唯一方法：根据字节序列的上下文
2.编译过程
从源文件到可执行目标文件，执行：
gcc -o hello hello.c
分为四个阶段：
- 预处理阶段：预处理器（cpp）修改原来的C程序，得到hello.i文件
- 编译阶段：编译器（ccl）将hello.i文件翻译成hello.s文件，包含汇编语言程序
- 汇编阶段：汇编器（as）将hello.s文件翻译成机器语言指令，将指令打包并保存在hello.o文件中
- 链接阶段：将其他预编译好的目标文件合并到hello.o文件中，得到hello可执行文件
3.处理器读取并解释指令
3.1 硬件组成
- 总线：携带信息字节并在各个部件之间传递
- I/O设备：键盘、鼠标、显示器、磁盘，通过控制器或适配器和I/O总线相连
控制器：I/O设备本身或系统的主板
适配器：插在主板插槽上的卡 - 主存：临时存储设备，物理上看，由一组动态随机存取存储器芯片组成，逻辑上看，是一个线性的字节数组
- 处理器：解释或执行存储在主存中指令的引擎，核心是程序计数器（PC）
CPU的一些操作如下：
- 加载：主存 -> 寄存器
- 存储：寄存器 -> 主存
- 操作：复制两个ALU（算术逻辑单元）的内容到寄存器并做算术运算，将结果保存到一个寄存器中
- 跳转：从指令中抽一个字，复制到PC中，覆盖原来的值
3.2 程序的运行
- shell程序等待我们输入指令，然后将我们输入的"./hello"字符逐一读入寄存器，再存放到内存
- 敲回车后，shell程序得知命令输入结束，执行一系列指令加载可执行文件，将hello目标文件中的代码和数据从磁盘复制到内存
- 处理器执行main程序中的机器语言指令，将要输出的字符串中的字节从主存复制到寄存器文件，再从寄存器文件复制到显示设备，最终显示在屏幕上
4.缓存
为什么需要缓存？
因为从磁盘上读取数据的时间要远远大于主存中的时间，寄存器的速度又比主存快100倍，而且随着半导体技术进步，差距还在增大，针对这种差异，将处理器近期可能会需要的信息存储在高速缓存，让大部分的内存操作在缓存中完成
5.存储设备层次结构
从上到下，访问速度越来越慢，容量越来越大：
- L0：寄存器
- L1高速缓存
- L2高速缓存
- L3高速缓存
- 主存
- 本地磁盘
- 远程存储
上一层的存储器作为低一层的高速缓存
6.操作系统
应用程序和硬件之间的一层软件，有两个功能：
- 防止硬件被失控的软件滥用
- 向应用程序提供简单一致的机制控制硬件设备
6.1 进程
操作系统对一个正在运行的程序的抽象
上下文：操作系统保持跟踪进程运行所需的所有状态信息
上下文切换：保存当前进程的上下文，恢复新进程的上下文，将控制器交给新的进程
6.2 线程
一个进程由多个称为线程的执行单元组成，线程之间共享全局数据和代码
6.3 虚拟内存
抽象概念，提供了一个假象，每个进程都在独占使用内存，每个进程看到的内存都是一致的，称为虚拟地址空间。
Linux中地址空间最上面区域保留给操作系统中的代码和数据，底部区域存放用户进程定义的代码和数据。
6.4 文件
就是字节序列，每个I/O设备都可以堪称是文件
