计算机系统基础
一
一些c的例子
这两个指令区别在于，右边的指令先将a视为一个int类型的数据再强制转换为double，左边的是直接将其视为double类型的数据
冯·诺依曼计算机
冯·诺依曼的故事省略
下图是冯诺依曼机器工作方式的大致描述
流程图如下
IAS是普林斯顿大学的简称，这台计算机是在该学校制成的
要有一个算数逻辑元件（算数运算+逻辑运算）：运算器
有一个解释指令的元件（译码）：控制器
有一个主存储器
有一个io设备
要求五大部件（io算两个）
抽象出来的流程图如下
下图是冯诺依曼结构的主要思想
数据和指令都是01序列，但是计算机能够区分他们
相较于二战期间产生的计算机（用十进制存储），冯诺依曼结构采用二进制的存储
现代计算机结构
下图是现代计算器机构的示意图
ALU：算数逻辑运算部件
输入到ALU中的操作数可以是主存储器中的操作数也可以是寄存器中的操作数
计算结果也可以存储在寄存器中，也可以通过总线存储在主存储器上
MDR(Memory Data Register) : 存储器数据寄存器，用于cpu与主存之间的数据传输
ALU计算出的结果也可以是标志信息：如计算结果的符号，有没有进位，有没有溢出
这些标志性信息可以送到控制器影响后续的指令执行
每条指令要运行到他是会将他的地址运输到一个叫pc（Program Counter程序计数器）的寄存器
注意指令地址存pc//gpt说通常不会将pc中的指令地址存到mar，pc一般由cpu内部控制逻辑直接控制
操作数的地址要送到mar//gpt说从指令获取操作数地址存到mar，实现cpu和主存的通信(取操作数)
GPRs（General-purpose Registers）:通用寄存器组
计算结果可以存在gprs中
IR（Instruction Register）：指令寄存器
cpu要执行一个指令时，先从内存中读出一个指令到mdr，再从mdr传到ir，ir中的操作码传到控制器进行译码
在现代计算机结构中mdr和mar与总线相连
cpu要从存储器取指令，需要：
mar将地址送到存储器，控制器向存储器发出读的控制信号
读出来的数据通过数据线送到mdr，指令的话就送到ir，数据的话就送到寄存器再送到ALU计算，或者直接送到ALU
CPU：中央处理器
计算机的工作原理
用妈妈做菜举例，将计算机看作一个厨房
op：操作码字段，指出指令的操作性质和操作类型
addp：操作地址，指出操作数在哪个地址单元，可以是寄存器也可以是存储器
下图是计算机的工作过程
指令需要给出操作码、操作数（一个或者两个）、若干操作数的地址（地址可能是寄存器编号，主存编号）
编程语言发展史
机器语言：采用打孔的方式代表0/1，不方便，在指令前加指令需要修改其他的指令（地址跳转用0/1序列表示，添加指令后后面的地址都会改变），每次添加指令就需要整篇代码修改。见下图
汇编语言：将一些操作数设置为助记符，这样即使添加语句也不会影响跳转指令，将一些指令做成助记符如：0101=add，0010=jc（条件判断语句），0110=sub（减法）），也用助记符表示寄存器。这样方便了人理解代码，但是机器不认识指令。
这需要将汇编指令转换为机器指令，所使用的转换程序，我们叫他汇编程序。
Ld ：Load 装入
St ：Store 存储
指令的功能
指令包括操作数和地址码
只能描述存取一个数，两个数进行运算之类的简单操作
机器码和汇编语言是机器级别的语言，仍是不方便编写程序
接着发展出了高级编程语言
与机器结构无关，一条语句可能对应多条指令
高级语言转换为机器级语言的两种方式：
- 编译程序（Complier）:将高级语言源程序转换为机器级目标程序，执行时只启动目标程序(如果转换为了汇编语言，还要通过汇编程序转换为机器语言)
- 解释程序（Interpreter）：将高级语言语句逐条翻译成机器指令并执行，不生成目标文件。
Hello程序从源代码到可执行文件
以Linux操作系统讲：程序的数据流动过程
键盘（input设备）输入./hello
./hello会被存储到存储器（先存到寄存器里再通过store指令存储到主存上）
当回车键入之后，shell会调用一些系统调用，将控制权给hello程序
系统调用会把hello的可执行文件装载到主存上（这就是我们说的存储程序的工作方式)，程序的运行结果也会存储到主存上
接着会将结果传输到显示器上（先送到寄存器上，再从寄存器到显示器）
下图是流程
在usb，寄存器，主存，这些都是可以存储的部件，叫“缓存”技术
lw: load word
第一个字段是操作码字段，后面的字段是地址码
指令集是硬件和操作系统间的接口（抽象），
计算机结构的层次
操作系统可以看作一个软件，可以将高级语言转换为
