【学习篇】计算机系统漫游task01

本文主要是介绍【学习篇】计算机系统漫游task01，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

编译系统的工作流程

预处理 -> 编译 -> 汇编 -> 链接
1 预处理会读取头文件中的内容（stdio.h)，将其中内容插入到源程序中，得到另一个C程序，（hello.c -> hello.i）
2 编译器将hello.i文件翻译成hello.s文件
3 汇编器根据指令集将汇编程序hello.s翻译成机器指令，然后把机器指令按照固定的规则打包，得到hello.o二进制文件
4 hello这个程序调用了printf函数，存储在printf.o的文件中。连接器负责把hello.o和printf.o按照一定规则进行合并。最后得到可执行目标文件hello

硬件架构图

CPU包含PC(程序计数器)，寄存器堆（Register file）,ALU(算数/逻辑计算单元)三个部分。
PC(程序计数器)：是一个4byte或者8byte的存储空间，存放的是某一条指令的地址
寄存器堆（Register file）：临时存放数据的空间。ALU会复制寄存器中的数值
ALU(算数/逻辑计算单元)：计算速度极快，且专攻算数与逻辑的计算，计算机的核心部分。

设备容量

通常情况下，大容量的存储设备的存取速度要比小容量慢，高速设备价格相比低速设备要更贵。

对于处理器而言，从磁盘读取一个字的时间开销比从内存中读取大1000万倍。从寄存器文件读取比从内存读取快100倍。
所以引入了高速缓存（cache）,处理能力比较强的处理器，一般有三级高速缓存，分别L1 cache, L2 cache, L3 cache.

存储设备的层次结构

操作系统的作用

所用应用程序对硬件的操作必须通过操作系统来完成。

线程与进程

现代操作系统中，一个进程实际上由多个线程组成。每个线程都运行在进程的上下文中。

进程之间，通过切换上下文运行。

虚拟内存

操作系统为每个进程提供了一个家乡，就是每个进程都在独自占用整个内存空间，每个进程看到的内存都是一样的，称为虚拟地址空间

并发和并行

如何获得更高的计算能力：
1 线程级并发
2 指令级并行
3 单指令多数据并行

1 线程级并发
一个多核处理器的组织结构

每个CPU都有自己的L1 cache L2 cache，四个CPU核心共享L3 cache

还有一种技术是超线程，在CPU内部，像程序计数器和寄存器文件这样的硬件由多个备份，而像浮点运算部件这个样的硬件还是只有一份。常规单线程处理器在做线程切换时，大概需要2000个时钟周期，而超线程处理器可以在单周期的基础上决定执行哪一个线程，这样CPU可以更好的利用它处理资源。
当一个线程因为读取数据而进入等待状态时，CPU可以去执行另外一个线程，线程之间的切换只需要极少的时间。

2 指令级并行
现代处理器可以同时执行多条指令的属性称为指令级并行，每条指令从开始到结束大概需要20个始终周期或者更多，但是处理器采用了非常多的技巧可以同时处理多达100条指令，因此，近几年的处理器可以保持每个周期24条指令的执行速率。

3 单指令多数据并行
现代处理器拥有特殊的硬件部件，允许一条指令产生多个并行的操作，这种方式称为单指令多数据。

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