csapp-chapter1

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title: csapp_chapter1
date: 2020-06-13 19:24:20
tags: [网课, CSAPP, 第一章]

CSAPP 和 CMU Introduction to computer system (CS 15-213 2015 fall) 的笔记。

相关资料

1. Textbook
2. 在vscode上使用C

1.COURSE-OVERVIEW

从编程者的角度来讲述计算机系统。这也是为什么我第一门课选择这个的原因，因为自己是数学系的，之前学习的内容主要是偏向于算法和一些比较抽象的编程，没这么关注到计算机的底层实现（也许是大计基没上心。。。）所以选择这门课做为第一门补充课，希望能对计算机系统有个整体的认识，虽说自己之后是打算做数据挖掘，但对于基础的东西个人觉得还是需要有所了解。

主要内容包括：

1. COMPUTER ARITHMETIC (计算机算术规则)
2. ASSEMBLY (汇编)
3. MEMORY (内存)
4. ASYMPTOTIC COMPLEXITY (渐近性?)
5. IO (写入写出)

一些重要的概念：

1. Amdahl 定律

   系统某部分执行时间和总时间比例为$\alpha$，而该部分性能提升为$k$，可计算加速比S

   $$S=\frac{T_{old}}{T_{new}}=\frac{1}{(1-\alpha )+\alpha /k}$$

2. 并发和并行

   • 并发(concurrancy):同时具有多个活动的系统。
   • 并行(parallelism):使用并发来使系统运行更快。

3. 一些抽象

   • 文件是 I/O 设备的抽象。
   • 虚拟内存是程序存储器的抽象。
   • 进程(process)是正在运行程序的抽象。
   • 虚拟机是整个计算机的抽象。

2.BITS,BYTES,INTEGER,float

BITS AND BYTES

1. 布尔代数的and, or, not, Xor运算形成布尔环(代数中的环）。
2. 集合运算的Intersection, Union, Symmetric difference, Complement。
3. 逻辑运算的&&, ||, !.
4. 左移(left shift): 补0。 右移：逻辑右移补0，算术右移根据补码补0/1.

INT

1. represent
   • Unsigned 和 Two’s Complement (补码)。
   • Range: $2^w-1$ 和 $[-2^{w-1},2^{w-1}-1]$
   • 无符号整型和补码之间的关系.[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-3N39mNMh-1598882885721)(/assets/photos/bits_T2U.png)]
   • 扩张和截断，扩张是填充符号位，截断是取模。
2. arithmetic
   • 对于加减乘，因为会溢出，通常的做法不是扩大存储的字节，而是阶段取模。
   • $u\ast 2^k=u<<k$ 乘法左移，除法右移。
3. 内存可以看作是一个大的线性数组，每个地方都有对应的地址。

Float

1. IEEE float:
   $$(-1{)}^S\mathrm{M}{2}^{\mathrm{E}}$$

   • S 决定正负，M是[1.0, 2.0)的二进制小数，E决定阶数。
     以32位的float为例，0-22位是frac，即M; 23-30位是exp,$E=exp-bias$, 其中$bias=2^{k-1}-1$, 这样做的好处是exp变为unsign的了；31位是S。

   • 根据exp的值，分为规格化(normalized)， 非规格化(denormalized(阶码全为0)), 和特殊值(infinity(阶码全1，分数为0), nan(阶码全1，分数不为0)).

   • 注意到浮点数的分布越趋于0越密集。

2. 舍入(rounding) 默认向偶数舍入。

3. arithmetic

   • 加：可交换不可结合(大数吃小数)，Abelian Group. 有单调性。
   • 移位对其后加减
   • 乘：可交换不可结合
   • $\mathrm{S}{1}^{\wedge }\mathrm{S}2$， $\mathrm{M}1\times \mathrm{M}2$， $E1+E2$