《程序是怎么跑起来的》读书笔记
好久没有写过这类读书笔记，犹记得上次写还是刚学android那会读《Android群英传》写过一篇，这次应公司远程实习任务的要求，来拜读《程序是怎么跑起来的》这本书，书不厚，三天半就看完了，但读完却是甚觉过瘾，唤醒了记忆里很多即将消逝的东西，回过头来看看现在所学的东西，感觉又深入理解了一次。
第一章：什么是CPU
CPU的内部由寄存器、控制器、运算器和时钟四个部分组成；
寄存器用来暂存数据和指令等对象，不同CPU内部有20-几百个；
控制器负责把内存上的指令、数据读入寄存器，并根据指令执行结果来控制整个计算机；
运算器负责运算从内存读入寄存器的数据
时钟负责发出CPU开始计时的信号；
主存：计算机的主存储器，用来存储指令和数据，但关机会清除所有数据。
宏观上讲，程序启动后，根据时钟信号，控制器从内存中读取指令和数据，通过对这些指令加以解释和运行（这里主要用到了各类寄存器），运算器就会对数据进行运算，控制器根据该结果来控制计算机。
CPU可以说是各种功能的寄存器的结合体，程序计数器、累加计数器、标志寄存器、指令寄存器和栈寄存器只有一个，其他有一到多个。
程序的流程分为顺序执行，条件分支和循环三种，这三种模式是通过对程序计数器的值的设定来实现的（程序计数器是用来存储下一条指令的地址的），条件和循环主要使用比较（在CPU内部做减法）和跳转指令来实现（这些在第十章会讲到）。
机器语言通过call和return指令来解决函数调用的跳转问题，在将函数的入口地址赋值到程序计数器之前，call指令会将调用函数后要执行的指令地址存储在栈的主存内，函数处理完毕后，通过函数出口执行return命令，其功能就是把保存在栈中的地址赋值给程序计数器。
第二章：二进制与数据
计算机内部使用二进制处理数据。
“OO”的“XX”次幂，OO为基数，二进制位2，十进制为10，XX是“数的位数-1”；
二进制左移一位扩大2倍，两位扩大4倍，依次类推，低位补0，
对于右移，则是原来的1/2,1/4,1/8，对于高位，则有补0和补1两种情况。
二进制表示负数时，会把最高位当做符号位，正为0，负为1；
计算机内部做减法运算时，实际是做加法运算，因此表示负数就要用到二进制的补数
一个二进制数的相反数就是该二进制数取反+1后的数，两者相加为0。
二进制数表示图形而非数值时，右移在最高位补0，称为逻辑右移。
二进制作为带符号的数值进行运算时，移位后在最高位填充移位前符号位的值（0或者1），这是算术右移。
逻辑运算指对二进制数各数位的0和1分别进行处理的运算，非（NOT），与（AND），或（OR：有1为1），异或（XOR：不同为1）
第三章：小数运算出错
将0.1累加100次也得不到10，是因为计算机是用二进制处理数据的，一些十进制的小数无法转换成二进制数，0.1就不行
小数点后四位表示的数值范围是0.0000-0.1111，如图为他能精确表示的数，可以看到只有有限几个能表示，如果增加小数的位数，与其对应的十进制数的个数也会增加，但不管增加多少位，都得不到0.1.
对于浮点数如下图
其中指数部分采用“EXCESS系统表现”，尾数部分采用“将小数点前面的值固定为1的正则表达式”，关于这方面最好参考原书以便更好的理解，这里简单举下书中的例子：
其中符号位为0，表示正数，指数部分为01111110，十进制数是126，在EXCESS系统中为126-127=-1，尾数部分为10000000000000000000000，实际是1.1000000000000000000000，转换为十进制是1.5，所以该数为+1.5*2*-1（2的负一次幂）= 0.75，所以该数表示为0.75.
避免计算机出错的策略：一是回避这些错误，也就是无视，二是将小数转换成正数来计算。
二进制的4位，相当于16进制数的1位，因而可以用16进制数来表示二进制数，位数变短，结果更清晰。在数值开头加上0x就可以表示16进制数。
第四章：内存
什么是内存：内存实际是一种名为内存IC的电子元件，内存IC中有电源、地址信号、数据信号、控制信号等用于输入输出的大量引脚，通过为其指定地址，来进行数据的读写。
RD、WR分别为1时表示可读/写，都为0表示不能读也不能写。
在程序中，根据变量的数据类型，为其分配相应的内存空间。
指针：表示的是存储着数据的内存的地址
数组：多个同样数据类型的数据在内存中连续排列的形式，作为数组元素的各个数据会通过连续的编号被区分开来，这个编号称为索引。栈和队列，可以不通过指定地址和索引来对数组的元素进行读写；
栈，后入先出；
队列，先入先出，队列一般是以环形缓冲区的方式实现的，其模型如图
链表：在数组元素中，除了数据的值外，通过为其附带上下一个元素的索引，即可实现链表，链表在追加和删除的情况下效率很高。
二叉查找树：在链表基础上往数组中追加元素时，考虑到数据的大小关系，将其分成左右两个方向的表现形式。因为其由链表发展而来因此在追加和删除方面同样有效，除此之外在搜索数据也更加效率。
第五章：内存和磁盘
磁盘中存储的程序，必须加载到内存中后才可以运行。因为负责解析和运行程序内容的CPU，需通过内部程序计数器来指定内存地址，然后才能读出程序。即使CPU可以直接读取并运行磁盘中的程序由于磁盘读取速度慢，程序运行速度也会降低。
磁盘缓存：把从磁盘中读取出来的数据存储到内存空间的方式，这样当接下来读取同一数据时，就不用通过实际的磁盘，而是从磁盘缓存中将内容读出。可以大大改善访问磁盘的速度。
虚拟内存：把磁盘的一部分作为假象的内存来使用。这与磁盘缓存是假想的磁盘（实际是内存）相对，虚拟内存是假想的内存（实际是磁盘）。
虚拟内存的方式有分页和分段式
分页式：在不考虑程序构造的情况下，把运行的程序按照一定大小的页进行分割，并以页为单位在内存和磁盘间进行置换。
分段式：把要运行的程序分割成以处理集合及数据集合等为单位的段落，然后再以分割后的段落为单位在内存和磁盘之间进行数据置换。
节约内存
虚拟内存发生的Page In和Page Out往往伴随着低速的磁盘访问，因而无法彻底解决内存不足的问题。
将运行的应用文件变小：
1）通过DDL文件实现函数共有：DDL指的是程序运行时可以动态加载Library（函数和数据的集合）的文件，多个应用可以共有一个DDL文件，从而节约内存。
2）通过调用_stdcall来减小程序文件的大小
磁盘的物理结构
划分方式有扇区和可变长方式，扇区方式中把磁盘分成若干个同心圆的空间为磁道，把磁道按照固定大小划分而成的空间就是扇区。
扇区是对磁盘进行物理读写的最小单位，一般为512字节，windows在软件方面对磁盘进行读写的单位是扇区整数倍蔟，可以为512、1024等。
不同的文件不能存储在同一簇中，因此不管多小的文件都会占用一簇的。
第六章：压缩
文件以字节为单位保存。
RLE算法：把文件内容按“数据*重复次数”来表示。（并不适合文本文件）
哈夫曼算法：多次出现的数据用小于8位的字节数表示，不常用的数据用多于8位的字节数表示，为各压缩对象文件分别构造最佳的编码体系。
可逆压缩：能还原到压缩前状态
不可逆压缩：无法还原到压缩前状态
第七章：程序运行环境
运行环境 = 操作系统+ 硬件
本地代码：机器语言的程序
源代码：程序员用C语言等编写的程序，仅仅是文本文件。
应用程序向操作系统传递指令的途径称为API。
第八章：源文件到可执行文件
将源代码转换成本地代码的程序称为编译器。
链接：把多个目标文件结合，生成一个EXE文件的处理
链接器：运行链接的程序
程序即使不调用其他目标文件的函数，也必须进行链接，并和启动结合起来。
库文件：把多个目标文件集成保存到一个目标文件的形式，使用库文件是为了简化为链接器的参数指定多个目标文件这一过程。
标准函数：不是通过源代码形式而是通过库文件形式和编译器一起提供的。
Windows以函数的形式为应用提供了各种功能，这些函数统称为API。API存储在名为DLL文件的特殊库中，DLL文件是程序运行时动态结合的文件。与此相反，存储着目标文件的实体，并直接和EXE文件结合的库文件形式称为静态链接库。
第九章：操作系统和应用
Windows操作系统的特征：
32/64位操作系统
通过API函数集来提供系统调用
提供采用了图形用户界面的用户界面
通过WYSIWYG实现打印输出
提供多任务功能
提供网络功能和数据库功能
通过即插即用实现设备驱动的自动设定
第十章：汇编语言与程序
汇编语言：使用助记符的语言
汇编器：本地代码与汇编语言的转换器
汇编：汇编语言---->本地代码
反汇编：本地代码---->汇编语言
汇编语言的语法是操作码+操作数
函数的参数通过栈来传递，返回值是通过寄存器来返回的
循环分支和条件分支是通过比较和跳转指令来实现的
第十一章：硬件控制方法
计算机通过I/O控制器与外围设备进行数据传递。
中断请求IRQ：用来暂停当前正在运行的程序，并跳转到其他程序运行的必要机制，称为中断处理机制
实施中断请求的是连接外围设备的I/O控制器，负责实施中断处理程序的是CPU，若有多个外围设备进行中断请求，为方便处理，可在CPU和I/O控制器中间加入中断控制器。
CPU收到中断控制器的请求后，会把当前正在运行的主程序中断，并切换到中断处理程序，第一步是把CPU所有寄存器的值保存到内存的栈中，中断处理程序完成外围的设备的输入输出后，将栈中保存的值还原到CPU寄存器，再继续对主程序的处理。
DMA: 不通过CPU的情况下，外围设备直接和主内存进行数据传送。
内存VRAM存储的数据就是显示器上显示的信息。