原创 第一章 计算机系统漫游

       前面的话：今天终于把《深入理解计算机系统》看完了，从拿到书到今天掩卷，用了大约整整一个学期的时间。由于很多地方并没有理解的很透彻就匆匆而过，必然会漏掉很多东西。计划再从整本书的角度，并结合实例及个人体会将此神作再读一遍，想必到时候会有现在缺席的掩卷而泣的感觉吧。重读的过程不会像第一遍一样从头到尾通读，有顺序有重点的选读是要采用的策略。

1.什么叫信息？

计算机系统中包含了很多信息，如磁盘文件、存储器中的程序、存储器中存放的用户数据以及网上传送的数据。这些数据不论在用户眼里看来是什么格式的，在计算机系统最底层，就是一串的比特位。我们经常说，在计算机眼里，代码和数据并没有什么区别说的就是这个意思。计算机区分这些信息的唯一方法是根据这些数据所在的上下文。那么，信息是什么？信息就是位+上下文。

2.一个hello world程序的生命周期。

记得最开始学写程序时，曾经简单的以为我们写的hello world 程序被编译成可执行文件后放在硬盘里，当我们双击那个.exe文件后，计算机就开始把他的输出传送到屏幕。没有对计算机系统硬件组织的概念，没有对存储器组织层次的概念，更不谈链接装载等高级话题了，连内存和硬盘都分不清。汗~~

  为了了解运行hello world程序时计算机发生了什么，我们需要理解一个典型的硬件组织。当初学《计算机基础知识概论》时像背书一样背住了计算机系统由软件和硬件组成，硬件又由cpu、存储器、输出设备、输入设备组成。再次汗一个，那时根本不知道这里说的存储器是内存，还总以为是硬盘，事实上硬盘应该属于io设备。

      当我们在一个linux系统上运行gcc –o hello hello.c时，一个hello可执行文件就生成了。在生成hello可执行文件的过程中，发生了这么些事情：gcc 编译器读取源程序hello.c,并把它翻译成一个可执行目标文件hello,这个翻译的过程是分为四个阶段的。

1）         预处理阶段。

2）         编译阶段。

3）         汇编阶段。

4）         链接阶段。

涉及到四个程序：预处理器，编译器，汇编器和链接器。

当我们在shell 里执行./hello时，终端会输出hello world!字符。这个过程发生了以下事情：

首先，shell 程序执行它的指令，等待我们输入命令。当我们在键盘上输入字符串./hello时，shell 程序就逐一读取字符到寄存器，再把它存放到存储器中。当我们按下回车时，shell捕捉到我们结束了命令的输入。然后shell 执行一系列指令，将hello目标文件的代码和数据（再次回忆：信息是位+上下文，从位的角度而言，计算机是不区分代码和数据的）从磁盘拷贝到主存，从而加载hello文件。从磁盘加载到主存的过程涉及到dma技术。一旦hello目标文件中的代码和数据被加载到了存储器，处理器就开始执行hello程序的主程序中的机器语言指令（此时处理器看到的可不是hello.c里面的内容，而是目标文件hello包含的二进制码，这些二进制码包含了hello程序的代码和数据，再次，到底是代码还是数据是由上下文决定的），这些指令将hello,world对应的字节从主存中拷贝到寄存器堆，再从寄存器中拷贝到显示设备，最终显示到屏幕上。屏幕也属io设备，io设备包括鼠标、键盘及其他Usb设备、显示设备、硬盘、以及网络适配器等。