20135209——期中总结

一、课本内容整理

第一章 计算机系统漫游

信息=位+上下文

计算机中的信息都是有二进制数字表达的，而因为这些二进制位所处的位置不同，是有符号数还是无符号数，是大端法还是小端法，由于具体的解释不同，造成的结果也不同。

之后的学习就是如何读写位，和上下文如何对应。

第二章 信息的表示和处理

1.gcc -m32 可以在64位机上生成32位的代码

2.字节顺序的两种表示方法：小端是“高对高、低对低”，大端与之相反

3.几乎所有的机器都使用补码；通常，大多数数字都默认为有符号.然而，在一个运算式中，如果有一个参数是无符号的 ，那么另外一个也会默认为无符号数

4.浮点数构造

IEEE浮点标准——用V= (-1)^sM2^E来编码一个数。其中：

符号：s决定这个数是负数（s=1）还是正数(s=0)，对于数值是0的符号位解释为特殊情况。

尾数：M是一个二进制小数。

阶码：E对浮点数加权，可以是负数。

 

第三章 程序的机器级表示

寻址方式和几个操作，mov，push，pop，leal，还有跳转指令、控制转移指令等等。

寄存器使用惯例

帧栈结构

 

第四章 处理器体系结构

这章里学习的是一个相对简单的处理器Y86，指令集比起IA32省略了很多。

Y86

一个简单的、可以称之为IA32指令集的子集的指令集；只包括四字节整数操作，寻址方式比较少。指令编码长度从1——6字节不等。指令集的一个重要性只就是字节编码必须具有唯一的解释。

关于指令结构，每条指令的第一个字节表明指令的类型；这个字节分为两个部分，每部分四位：高四位是代码部分（0——0xB），第四位是功能部分。这里补充一些缩写：立即数（i），寄存器（r）、存储器（m）。指令附加的寄存器指示符字节依次是数据源（如果是立即数，把这一位设置成0xf）、目的寄存器/基址寄存器。有些指令需要附加四字节的常数字，采用小端法（倒序）编码

pushl会把栈指针减4，并将一个寄存器值写入存储器中。因此，执行pushl %esp 和 popl %esp的结果是不固定的。

处理操作的阶段——

• 取指：从寄存器读取指令字节，地址为程序计数器的值。计算下一条指令地址等于PC中的值加上已取出指令的长度；
• 译码：从寄存器文件中最多读出两个操作数，它读入指令rA和rB指明的寄存器，不过有些是读寄存器%esp的；
• 执行：ALU执行指明的操作、引用的有效地址或者是修改栈指针，得到的值称为valE；
• 访存：将数据写入存储器或者从存储器读出数据，读出的数据叫做valM；
• 写回：写两个结果到寄存器文件；
• 更新PC：将PC设置成下条指令地址。

第六章存储器层次结构

 

局部性原理：

一个编写良好的计算机程序，常常倾向于引用临近于其他最近引用过的数据项的数据项，或者最近引用过的数据项本身。

分类：

• 时间局部性
• 空间局部性

量化评价一个程序中局部性的简单原则：

• 重复引用同一个变量的程序有良好的时间局部性
• 对于具有步长为k的引用模式的程序，步长越小，空间局部性越好
• 对于取指令来说，循环有好的时间和空间局部性。循环体越小，循环迭代次数越多，局部性越好。

存储器层次结构中心思想：每层存储设备都是下一层的“缓存”。

1.缓存命中

当程序需要第k+1层的某个数据对象d时，首先在当前存储在第k层的一个块中查找d，如果d刚好缓存在第k层中，就称为缓存命中。

该程序直接从第k层读取d，比从第k+1层中读取d更快。

2.缓存不命中

即第k层中没有缓存数据对象d。

这时第k层缓存会从第k+1层缓存中取出包含d的那个块。如果第k层缓存已满，就可能会覆盖现存的一个块

覆盖——替换/驱逐

替换策略：

• 随机替换策略-随机牺牲一个块
• 最近最少被使用替换策略LRU-牺牲最后被访问的时间距离现在最远的块。

3.缓存不命中的种类

（1）强制性不命中/冷不命中

即第k层的缓存是空的（称为冷缓存），对任何数据对象的访问都不会命中。

（2）冲突不命中

由于一个放置策略：将第k+1层的某个块限制放置在第k层块的一个小的子集中，这就会导致缓存没有满，但是那个对应的块满了，就会不命中。

（3）容量不命中

当工作集的大小超过缓存的大小时，缓存会经历容量不命中，就是说缓存太小了，不能处理这个工作集。

高速缓存存储器。

高速缓存是一个高速缓存组的数组，它的结构可以用元组（S,E,B,m）来描述：

S：这个数组中有S=2^s个高速缓存组
E：每个组包含E个高速缓存行 B：每个行是由一个B=2^b字节的数据块组成的 m：每个存储器地址有m位，形成M=2^m个不同的地址

除此之外还有标记位和有效位：

有效位：每个行有一个有效位，指明这个行是否包含有意义的信息
标记位：t=m-(b+s)个，唯一的标识存储在这个高速缓存行中的块 组索引位：s 块偏移位：b

高速缓存的结构将m个地址划分成了t个标记位，s个组索引位和b个块偏移位。

二、常用命令与工具：

man -k：

常用来搜索，结合管道使用。例句如下：

man -k k1 | grep k2 | grep 2

搜索同时含有k1和k2，且属于系统调用。

最后的数字意味着帮助手册中的区段，man手册共有8个区段，最常用的是123，含义如下：

1.Linux 2.系统调用 3.c语言

但是当单独用man语句的时候，想查看其中的单独某个区段内的解释时，用法是这样的：

man 3 printf

即查找c语言中printf的用法。

grep -nr

这条语句可以用来查找关键字，全文搜索，并且可以直接查找文件内的内容。其中：

工具：

vim

vim是一种非常好用的编辑器，总共有六种基本模式，最常用的是普通模式、插入模式和命令行模式。需要熟悉这三种模式之间的切换方式：

普通→插入： i 或 a 插入→普通： Esc 或 Ctrl + [ 普通→命令行： : 命令行→普通：Esc 或 Ctrl + [

常用的进入、保存和退出指令：

进入：vim 文件名 保存：命令行模式 :w 退出：命令行模式 :q

常用动作：

删除：dd删除整行 复制：yy复制整行 粘贴：p

※实用功能：交换上下行——ddp，快速交换光标所在行与它下面的行。

gcc

常用选项

-c 只编译不链接，生成目标文件.o -S 只编译不汇编，生成汇编代码 -E 只进行预编译，不做其他处理 -g 在可执行程序中包含标准调试信息 -o file 将file文件指定为输出文件 -v 打印出编译器内部编译各过程的命令行信息和编译器的版本 -I dir 在头文件的搜索路径列表中添加dir目录

gdb：

编译过程

预处理：gcc –E hello.c –o hello.i; gcc –E调用cpp 生成中间文件 编 译：gcc –S hello.i –o hello.s; gcc –S调用ccl 翻译成汇编文件 汇 编：gcc –c hello.s –o hello.o; gcc -c 调用as 翻译成可重定位目标文件 链 接：gcc hello.o –o hello ; gcc -o 调用ld** 创建可执行目标文件

gdb

注意：使用GCC编译时要加“-g”参数，然后才能够用gdb调试

GDB最基本的命令有：

gdb programm(启动GDB) l 查看所载入的文件 b 设断点 info b 查看断点情况 run 开始运行程序 bt 打印函数调用堆栈 p 查看变量值 c 从当前断点继续运行到下一个断点 n 单步运行（不进入） s 单步运行（进入） quit 退出GDB

四种断点：

1.行断点 b [行数或函数名] <条件表达式> 2.函数断点 b [函数名] <条件表达式> 3.条件断点 b [行数或函数名] <if表达式> 4.临时断点 tbreak [行数或函数名] <条件表达式>

另外的调试工具：

cgdb，有单独的debug窗口，更方便查看

ddd，图形页面

Makefile的一般写法：

一个Makefile文件主要含有一系列的规则，每条规则包含以下内容：

• 需要由make工具创建的目标体，通常是可执行文件和目标文件，也可以是要执行的动作，如‘clean’；

• 要创建的目标体所依赖的文件，通常是编译目标文件所需要的其他文件。

• 创建每个目标体时需要运行的命令，这一行必须以制表符TAB开头

格式为：

test(目标文件): prog.o code.o(依赖文件列表) tab(至少一个tab的位置) gcc prog.o code.o -o test(命令) ....... 即： target: dependency_files command

定义变量的两种方式：

（1）递归展开方式 VAR=var （2）简单方式 VAR:=var

使用变量的格式为：

$(VAR)

三、补充内容：

正则表达式：

作用：

• 验证是否匹配
• 查找
• 替换

规则：

• \ 特殊符号，表示后面的字符本身
• [ ] 匹配其中任意字符，但每次匹配只匹配一个
• [^ ] 匹配除其中的任意字符，每次匹配只匹配一个

• {n} 次数修饰，重复n次，具体如下：

  ?= {0,1}
  += {1, }	
  *= {0, } {m,n}：至少为m，至多为n

  匹配方法：

• ^ 从字符串开始的地方匹配
• $ 从字符串结束的地方匹配
• | 可以匹配左或者右

 

【参考资料：课本，之前博客，被老师介绍过的同学们的优秀笔记】

六、收获

新的学习方法比之前应付老师应付自己的学习确有很大不同，感觉学到的知识比之前更多也更易使用。增强了课业内容的实用性，提高了实践能力；

七、不足

本人感觉自己难以持之以恒，有时看书写博都很仓促，导致质量差强人意；也有很多知识点并未吃透，长时间放置一旁不予过问终会成一大问题，日后的学习里应该时刻警醒自己，许多细小的知识点不能马虎放过。

另外，平时看书时间较少，浪费时间较多；以后应该合理安排学习时间，保证效率。