2017/5/15--计算机系统基础课堂笔记

1. 字长
   等于寄存器的大小。
   等于CPU一次处理的二进制数位数。
   等于数据总线(DB)的大小
2. 字
   
   • 一次性处理事务的一个固定的位组。 这个位组的长度就是上面的字长。
   • 字是单位，通常，送往了控制器的字就是指令。送往了运算器的字是数。
   • ARM中的字一般是32位。 x86中的字一般是16位。
3. 数据总线和地址总线
   
   • 数据总线一次取数据的大小，也就是上面的字长。
   • 地址总线，由虚拟地址空间的大小决定，若是4G的虚拟地址空间，那么就有32位的地址总线。

4. 数据总线和地址总线不一样大带来的问题
   x86下: 数据总线是16位。地址总线是20位。那么寄存器要如何放下地址？
   寄存器中的是有16位，左移4位，加上原来的16位。
   老师说：
   216×24+216
   216×24 段基址
   216 偏移

5. 虚拟地址的处理
   虚拟地址分为逻辑地址、线性地址。
   逻辑地址是在分段情况下，对虚拟地址的称呼。
   逻辑地址在分段后，转成了线性地址。
   线性地址在分页后，转成了物理地址。

   

6. ARM和x86的虚拟地址处理
   ARM：
   CPU出来32位的虚拟地址。
   
   x86：
   采用的是段页式的管理模式。
   虚拟地址出来的是48位的。
   前面的16位是段内偏移，加上段基址=> 页表基址
   页表基址和32位的虚拟地址 转换 物理地址 的过程和上面是一样的。

7. TLB和cache

   • TLB中缓存的是物理地址，目的是减少访存次数，加速地址的转换。
   • cache中存放最近使用的数据和指令。
   • TLB的数据具有时间和空间的局部性。
   • cache中的指令只有时间上的局部性。
   • TLB存放物理地址，cache存放数据。
   • 一个物理地址根据映射模式来判断在cache的tag。
     
   • cache前置到TLB之前，缓存虚拟地址的数据。（讲道理，可以做，但老师不知道如何实现）
8. CPU与核
   
   • 一个cpu有多个核。
   • 并行实现需要多核，当然也多CPU也可以满足。
   • 单CPU单核机 实现多任务，要通过os来实现，采用时间片的策略。
9. 进程的创建过程
   一、分配进程空间
   继承父进程的空间，还有os上的copy-on-write等细节。
   一个进程的虚拟空间最上面是内核空间。
   
   二、修改页表

10. 进程的切换
    1）老进程的PC等寄存器保存到PCB中。
    2）新进程的寄存器从PCB中加载
    3）新进程的CS(段址寄存器)从PCB的段基中取得。
    4）新进程的PS(页址寄存器)从PCB的页基中取得。

    中断处理就是进程切换的一种特例。
    中断：256个
    0~31：系统级中断
    32~255：用户级中断

    异常中断：不会回来继续执行，不需要保存现场操作。

11. 习题一：
    问：x=96，y=33（均使用8位保存）。写出下列的计算结果(二进制、十进制)（注意计算时补码）。
    1)x+y
    2)-x-y
    答：1) 0110 0000 + 0010 0001 = 1000 0001（溢出、-127）
    2) 1010 0000 + 1101 1111 = 0111 1111（溢出、+127）

    扩展：计算机存在一种机制 （注意是存在）
    使用两位来表示符号、这样做的目的是便于判断是否溢出。
    使用00表示正、11表示负。在进行运算 的时候10表示负溢出。01表示正溢出。
    还是用上面的例子：
    1）0 0110 0000 + 0 0010 0001 = 0 1000 0001（正溢出）
    2）1 1010 0000 + 1 1101 1111 = 1 0111 1111（负溢出）

12. 习题二：
    问：浮点数 (8FEFC000)16 （大端存储），采用IEEE754编码格式，转成10进制形式。
    答：先转成二进制格式1000 1111 1000 1111 1100 0000 0000 0000
    IEEE754中规定，高到低依次是：1位符号(s)、8位阶码(e)、其余的为尾数(f)。
    注意：

    • 阶码是移码，阶码要减去127。

    • 尾数被规格化，个位上非零的1没有存。
      公式 float=(−1)s×(2)e−127×(1+f)

      扩展：浮点数加减运算过程：
      1、对阶
      2、尾数加减
      3、规格化

13. 习题三：unsigned int 和 int作比较

    unsigned int x = 10;
    int y = 11;
    if(x//do something 
    }

结果：在编译时，编译器会发出无符号和有符号比较的警告。

且会把int向unsigned int 进行转化，符号位看作是数值位。

unsigned int x = 0;
int y = -1;

结果是y>x，哈哈~~