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- 第一章 计算机系统漫游
- 第一部分
时间轴
看完 2.2 整数表示
看的还是太慢了……怎么说也要在四月前把第二章看完！
看完 2.1 信息存储
本文中需重点理解寻址和字节顺序。
看完 第一章 计算机系统漫游
这个章节从 hello world开始，带着读者从一个新的视角真正理解这一个简单语句背后的故事。
要不说人家是神作呢，读完第一章就已经满满的都是相见恨晚。
在通过中科创达的面试并了解到入职后主要从事BSP驱动开发后，内心总觉得有些不安，希望在正式入职前学习一些相关的知识。于是找了一本《Linux 驱动开发入门与实战》进行阅读，然而在进行简要的阅读之后，发现由于自己在操作系统、计算机组成原理方面的知识过于薄弱，很难理解书中的知识。
巧合之下，在和腾讯元宝的交流中，得知了《深入理解计算机系统》这本书，并了解到这是被誉为计算机神作的一本经典。欣喜若狂，便开始读了起来。
很喜欢豆瓣某用户对这本书的评价，“恭喜你，迈出了成为优秀程序员的第一步！”
章节概述
《深入理解计算机系统》（CS:APP）是一本系统讲解计算机硬件与软件协同工作的经典教材，其内容涵盖从底层硬件到上层软件的完整知识体系。以下是各章节的详细介绍及核心内容：
第一章：计算机系统漫游
以一个简单的“Hello World”程序为主线，串联起从源代码编写到程序执行的完整流程，包括编译、汇编、链接、加载到内存、CPU执行指令等环节。最后引入Amdahl定律，分析系统性能优化的理论极限。
第二章：信息的表示和处理
讲解计算机中数据的二进制表示，重点包括：
- 整数：原码、反码、补码的转换规则，以及溢出问题。
- 浮点数：IEEE 754标准，单精度与双精度浮点数的存储结构（符号位、指数、尾数）。
- 字符与字符串：ASCII与Unicode编码的差异。
第三章：程序的机器级表示
深入汇编语言与机器指令，涵盖：
- x86-64指令集：寄存器（如RAX、RBX）、操作数（立即数、寄存器、内存）、寻址方式（基址+偏移、间接寻址）。
- 汇编代码示例：通过反汇编工具分析C程序的机器级代码，理解编译器如何生成指令。
第四章：处理器体系结构
解析CPU的工作原理，包括：
- 指令流水线：取指、译码、执行、访存、写回的并行执行机制。
- 动态调度：乱序执行与分支预测技术，提升指令级并行性。
- 性能优化：如何通过编译器指令（如
#pragma unroll）或硬件特性优化程序。
第五章：优化程序性能
从代码层面到系统层面探讨性能优化策略：
- 编译器优化：常量折叠、循环展开、死代码消除。
- CPU缓存优化：数据局部性（空间局部性、时间局部性），循环嵌套顺序对缓存命中率的影响。
- 算法与数据结构：时间复杂度与空间复杂度的权衡。
第六章：存储器层次结构
详细剖析存储系统的层级设计：
- 存储层次：寄存器（最快）→ 高速缓存（Cache）→ 主存（DRAM）→ 磁盘/SSD（最慢）。
- Cache机制：直接映射、组相联、全相联的差异，以及替换策略（LRU、FIFO）。
- 虚拟内存：页表、页错误处理、内存分页与分段。
第七章：链接
解释程序链接的原理与实现：
- 静态链接：将目标文件与库合并为可执行文件。
- 动态链接：运行时加载共享库（如
.so文件），节省内存空间。 - 链接错误：符号未定义、重复定义等问题的解决方法。
第八章：异常控制流
涵盖操作系统与硬件交互的核心机制：
- 中断与异常：硬件中断（如I/O设备）、软件异常（如除零错误）。
- 进程与线程：进程控制块（PCB）、上下文切换、信号处理。
- 系统调用：用户态与内核态的切换，以及
sysenter指令的使用。
第九章：虚拟内存
深入虚拟内存管理：
- 页表结构：多级页表（如4级页表）、TLB（快表）的作用。
- 内存映射文件：将文件直接映射到虚拟地址空间，提升I/O效率。
- 页面置换算法：最佳置换（OPT）、先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）。
第十章：系统级I/O
讨论输入/输出设备的实现：
- 磁盘结构：扇区、磁道、柱面，以及磁盘调度算法（如SCAN、C-SCAN）。
- 文件系统：inode表、目录结构、日志结构文件系统（JFS）。
- 网络编程：套接字（Socket）API、TCP/IP协议栈。
第十一章：并发编程
多线程与并行计算的核心概念：
- 线程同步：互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量。
- 死锁预防：银行家算法、资源分级分配。
- 并行计算模型：共享内存（OpenMP）、消息传递（MPI）。
第十二章：网络与分布式系统
现代计算机网络的基础：
- OSI七层模型：物理层到应用层的分工。
- TCP/IP协议：三次握手、四次挥手、滑动窗口机制。
- 分布式系统：CAP定理、一致性哈希、Paxos算法。
总结
本书通过“从上到下”与“从下到上”的双重视角，将计算机系统的各个组件（硬件、操作系统、编译器、网络）有机串联，帮助读者建立“系统级思维”。建议结合实验（如编写汇编代码、分析Cache性能）加深理解。