本部落格由個人對於 深入理解計算機系統（第三版） 一書的學習筆記整理而成
挺亂的，也挺簡略，畢竟整理筆記也挺麻煩的（
計算機系統漫遊
先看一段程式碼：
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("Hello, world\n");
return 0;
}
讓我們看看這段程式的組成，以及它是如何執行的
程式組成
可以看到，這段程式是以位元組序列的方式儲存在檔案中的，每個位元組都有一個整數值，對應某些字元，這就是ASCII碼
只由ASCII碼組成的檔案稱為文字檔案，其餘檔案稱為二進位制檔案
程式編譯過程
像hello.c這樣的高階語言寫出來的程式，雖然能讓人看懂，但卻無法在系統上直接執行。為了能讓系統也讀懂這段程式碼，需要對該程式碼進行多次轉換
-
預處理階段
前處理器（cpp）根據以字元#開頭的命令，修改原始的C程式，主要是將讀取的系統標頭檔案stdio.h中的內容插入到程式文字中。所得的另一個C程式以.i作為副檔名
-
編譯階段
編譯器（cll）將hello.i程式翻譯為組合語言，翻譯後的檔案以.s作為副檔名。這裡只放出main函式的組合語言：
組合語言為不同的高階語言的不同編譯器提供了通用的輸出語言
-
彙編階段
彙編器（as）將hello.s程式翻譯為機器語言指令，並將其打包成可重定位目標程式的格式，並將結果儲存在hello.o中。這是一個二進位制檔案
-
連結階段
因為hello程式中呼叫了printf函式，這是標準C語言庫中的一個函式，存在與一個名為printf.o的單獨的預編譯好了的檔案中。為了呼叫此函式，就必須將這個檔案以某種方式合併到我們的程式中，連結器（ld）就負責處理這種合併。最終得到的hello檔案，就是一個可執行檔案，可以被載入到記憶體中，由系統使用
系統的硬體組成
-
匯流排
貫穿整個系統的一組點句子管道，攜帶資訊位元組並負責在各個部位間傳遞。通常被設計為傳送定長的位元組塊
-
I/O 裝置
I/O（輸入/輸出）裝置時系統與外部世界的聯絡通道，如作為輸入裝置的鍵盤滑鼠，作為輸出裝置的顯示器等。通過控制器與介面卡與I/O匯流排相連
-
主存
一個臨時儲存裝置，用於存放程式和程式處理的資料
-
處理器
中央處理單元（CPU）簡稱處理器，是解釋（或執行）儲存在主存中指令的引擎
處理器的核心是一個大小為一個字的儲存裝置（或暫存器），稱為程式計數器（PC）。PC會一直指向主存中的某條機器語言指令，並進行執行
CPU執行指令的過程圍繞著主存，暫存器檔案（register file）和算術/邏輯單元（ALU）進行。暫存器檔案是一個小的儲存裝置，由一些單個字長的暫存器組成，且每個暫存器都有唯一的名字。ALU則計算新的資料和地址值
CPU大致能夠執行以下一些操作：
- 載入：從主存複製一個位元組或者一個字到暫存器，覆蓋暫存器原來的內容
- 儲存：從暫存器複製一個位元組或者一個字到主存中的某個位置，覆蓋該位置上原本的內容
- 操作：把兩個暫存器的內容複製到ALU，ALU對這兩個字做算術運算 ，並將結果存放到一個暫存器中
- 跳轉：從指令本身中抽取一個字，將這個字輔助到PC中，覆蓋PC原本的值
等等
程式執行過程
接下來我們看看hello程式在執行過程中都發生了什麼：
若我們要在Unix系統中執行hello程式，就需要將程式的檔名輸入到一個名為shell的應用程式中
我們在鍵盤上輸入"./hello"字串後，shell程式將字元逐一讀入暫存器，再將其存放到記憶體中
當我們敲下Enter鍵時，shell程式就知道我們已經結束了命令的輸入，shell會執行一系列指令載入可執行的hello檔案。這些指令將hello目標檔案中的程式碼和資料從磁碟複製到主存。這裡利用了直接儲存器存取（DMA）技術，讓資料可以不通過處理器而直接從磁碟到主存
目標檔案hello中的程式碼和資料被載入到主存後，處理器就開始執行hello程式的main函式中的機器語言指令。這些指令將"hello, world\n"字串中的位元組從主存複製到暫存器檔案，再從暫存器檔案中複製到顯示裝置，最終顯示在螢幕上
抽象
檔案是對I/O裝置的抽象，虛擬記憶體是對主存和I/O裝置的抽象，程式是對處理器，主存和I/O裝置的抽象
程式
程式執行時系統看上去總是隻有這個程式在執行，就好像這個程式獨佔了CPU，主存和I/O裝置。但執行程式的數量總比CPU數量多，這是由上下文切換實現的
在任何一個時刻，單處理器系統都只能執行一個程式的程式碼。當作業系統決定要吧控制權從當前程式轉移到新程式時，就會發生上下文切換。CPU會不斷切換正在執行的程式，給人CPU在併發地執行多個程式的感覺
執行緒
現代系統中，一個程式可以由多個稱為執行緒的執行單元組成。每個執行緒都執行在程式的上下文中，並共享程式碼和全域性資料
虛擬記憶體
虛擬記憶體提供了一個假象：每個程式都在獨佔地使用主存。每個程式看到的記憶體都是一致的，稱為虛擬地址空間
每個程式看到的虛擬地址空間都由大量準確定義的區構成，每個區都有專門的功能。
檔案
檔案就是位元組序列，每個I/O裝置，包括磁碟，鍵盤，顯示器，甚至網路，都可以看成是檔案。
檔案嚮應用程式提供了一個統一的檢視，來讓程式可以在使用不同磁碟技術的不同系統上執行