计算机系统抽象层

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  • 操作系统/虚拟机：包括操作系统，编译和链接等
  • 指令集体系结构(ISA)：包括指令系统，机器码，汇编语言等
  • 微体系结构及硬件：包括CPU的通用结构，层次结构存储系统等

冯.诺依曼结构计算机模型

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C语言编译全流程及中间产物

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// hello.c
#include <stdio.h>
int main() {
  printf("hello, world\n");
}

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我们把各种语言处理程序（如编译、汇编链接）和运行时系统（如库函数，调试、优化等功能）合称为语言处理系统。

C语言Hello程序的数据流

在shell里执行./hello时，数据流如下：

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指令集体系结构（ISA）

  • ISA：Instruction Set Architecture，即指令集体系结构，有时简称为指令系统。
  • ISA 是一种规约（Specification），它规定了如何使用硬件。
  • ISA 是计算机组成的抽象
    • 不同 ISA 规定的指令集不同，如 IA-32、MIPS、ARM 等。
    • 计算机组成必须能够实现 ISA 规定的功能，如提供 GPR 、标志、运算电路等。
    • 同一种 ISA 可以由不同的计算机组成，如乘法指令可用 ALU 或乘法器实现。

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补码的实质

  • 补码的实质实际上是模运算。在一个模运算系统中，一个数与它除以“模”后的余数等价。

  • eg：时钟是一种模12系统。现在钟表时针指向10点，要将它拨向6点，有两种拨法：

    • 顺拨8格：10 + 8 = 18 ≡ 6
    • 倒拨4格：10 - 4 = 6

    也就是：10 - 4 ≡ 10 + 8；-4 ≡ 8。此时可以称8是-4对模12的补码(即：-4的模12补码等于8)

  • **一个负数的补码 等于 模 减去 该负数的绝对值**。

    eg：上述中，模为12，负数为-4。所以负数-4的的补码为 12 - | -4 | = 8。

  • 对于某一确定的模，某数减去小于模的另一数，总可以用该数加上另一数负数的补码来代替。

    eg：模为12，某数取10，另一数取4。

    所以，另一数负数为-4，另一数负数的补码为8，即：10 - 4 ≡ 10 + 8

  • 观察10 - 4 ≡ 10 + 8，发现减法竟然可以使用加法来进行代替。也即是说：补码实现了加法和减法的统一。

运算器只有有限位，假设为n位，则运算结果只能保留低n位，故可看成是个只有n档的二进制算盘，因此，其模为2^n。

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求：负数的补码

  • 法一：对应的正数，按位取反，然后加一。
  • 法二：从右向左遇到第一个1前面的数按位取反。

eg：123 = 0111 1011B，求 -123

  • 法一：1000 0100 + 1 = 1000 0101
  • 法二：1000 0101

32位浮点数的表示范围

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GB2312-80字符集

  • 由三部分组成
    1. 字母、数字和各种符号，包括英文、俄文、日文平假名与片假名、罗马字母、汉语拼音等共687个
    2. 一级常用汉字，共3755个，按汉语拼音排列
    3. 二级常用汉字，共3008个，不太常用，按偏旁部首排列
  • 汉字的区位码
    1. 码表由94行、94列组成，行号为区号，列号为位号，各占7位位号在右
    2. 指出汉字在码表中的位置，共14位，区号在左、
  • 汉字的国标码
    1. 每个汉字的区号和位号各自加上32(20H)，得到其国标码
    2. 国标码中区号和位号各占7位。在计算机内部，为方便处理与存储，前面添一个0，构成一个字节
  • 可在GB2312国标码的基础上产生汉字内码：为与ASCII码区别，将国标码的两个字节的第一位置“1”后得到一种汉字内码（可以有不同的编码方案）

字和字长的概念不同

  • 字长：指数据通路的宽度。等于 CPU 内部总线的宽度、运算器的位数、通用寄存器的宽度（这些部件的宽度都是一样的）

    数据通路：指 CPU 内部数据流经的路径以及路径上的部件，主要是 CPU 内部进行数据运算、存储和传送的部件，这些部件的宽度基本上要一致，才能相互匹配。

  • 字：表示被处理信息的单位，用来度量数据类型的宽度。

检测内存的大小端存储方式

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