1、深入理解電腦系統 筆記，系統綜述

1、系統的硬體組成

Figure1 Hardware organization of a typical system. CPU: Central Processing Unit, ALU: Arithmetic/Logic Unit, PC: Program counter, USB: Universal Serial Bus.

1)匯流排

貫穿整個系統的一組電子管道，它攜帶資訊位元組並負責在各個組件間傳遞。通常匯流排被設計成傳送定長的位元組塊，也就是字(word)。各個系統中字長不盡相同，intel pentium系統的字長為4位元組。

2）I/O裝置

    I/O裝置是系統與外界的聯絡通道。

    控制器是I/O裝置本身中或是系統的主印刷電路板（主板）上的晶片集，而適配器則是一塊插在主板插槽上的卡。

3）主存

    臨時存放裝置，在處理器執行程式時，用來存放程式和程式處理的資料。物理上來說，主存是由一組DRAM晶片集成的；邏輯上來說，儲存空間由一個線性位元組資料群組成，每個位元組都有自己惟一的地址（數組索引），這些地址以0開始的。一般來說，組成程式的每條機器指令都由不定量的位元組構成。

4）處理器

CPU，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被稱為程式計數器（PC）的字長大小的存放裝置（或寄存器）。在任何一個時間點上，PC都指向主存中的某條機器語言指令。

從系統加電，到斷電，CPU一直不加思索的重複執行相同的基本任務：從程式計數器（PC）指向的儲存空間讀取指令，解釋指令中的位，執行指令指示的簡單操作，然後更新程式計數器指向下一條指令（不一定與剛剛執行的指令相鄰）。

2、階層的存放裝置

Figure 2: The memory hierarchy

    儲存空間分層結構的主要思想是：一個層次上的儲存空間作為下一層次上的儲存空間的高速緩衝。

3、作業系統提供的抽象表示

Figure 3: Abstractions provided by an operating system

    作業系統核心是應用程式和硬體之間的媒介。它提供三個基本的抽象概念：檔案是對I/O裝置的抽象概念；虛擬儲存空間是對主存和磁碟的抽象概念；進程是處理器、主存和I/O裝置的抽象概念。

1）進程是作業系統對運行程式的一種抽象。在一個系統上可以同時運行多個進程，而每個進程都好像獨佔地使用硬體，我們稱之為並發運行。實際上，是一個進程的指令和另一個進程的指令交錯執行的，作業系統實現這種交錯執行的機制稱為環境切換（context switching）。作業系統儲存進程運行所需的所有狀態資訊，這些狀態稱為上下文（context ）。

2）一個進程可由多個線程組成。每個線程都運行在進程的上下文中，並共用同樣的代碼和全域資料。

3）虛擬儲存空間

虛擬儲存空間是抽象概念，它為每個進程提供一個假象，好像每個進程都在獨佔地使用主存。每個進程看到的儲存空間都是一致的，稱之為虛擬位址空間。

Figure 4: Linux process virtual address space.

虛擬儲存空間，基本思想是把一個進程虛擬儲存空間的內容儲存在磁碟上，然後用主存作為磁碟的高速緩衝。

4）檔案

是位元組序列。每個I/O裝置，包括磁碟，鍵盤，顯示器，網路，等可以看成是檔案。

4、系統，是相互交織的硬體和系統軟體的集合體。

<深入理解電腦系統（Computer Systems:A Programmer's Perspective）>