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计算机知识总结

二进制

数据是二进制表示，一个bit表示0和1，8个bit组成一个byte。

原码：最高位为符号位，其余位为数值本身的绝对值。 反码：正数的反码与原码相同 负数的反码符号位为1，其余位对原码取反。 补码：正数的补码与原码相同 负数的反码符号位为1，其余位对原码取反 + 1.

现在的机器大多使用补码形式对有符号数进行编码。

硬件组成

CPU，内存，IO（键盘，硬盘，网络等）。

访问IO设备的两种方式：

  • 内存映射。CPU通过地址总线访问该内存区域时会落到外设的内存中，这种映射让CPU访问外设的内存如同访问主板上的物理内存。

  • IO接口。IO接口由一些寄存器组成，读写IO接口实质上就是读写寄存器。CPU只知道IO接口，外部设备也知道IO接口，彼此都直接和IO接口交互。

CPU

CPU执行指令，然后自动获取下一条地址的指令，然后重复上述过程，继续执行，继续取址。

Intel处理器中程序计数器 CS:EIP 中的值就是当前指令的地址，技术上当前指令机器码的大小就是下一条指令的地址。

进程

32位保护模式下内存寻址空间是0～4G。

全局变量在代码的数据区，局部变量（函数里面定义的）在栈里面。

虚拟地址空间：0～3G 是用户空间，3G～4G是内核空间。 用户空间栈从3G向下。

大端/小端 字节序

  • 小端：低位低字节

  • 大端：低位高字节

CPU指令集

  • call / ret

  • jmp

数字电路

振荡器 触发器 锁存器

电平触发是在高或低电平保持的时间内触发，而边沿触发是由高到低或由低到高这一瞬间触发

网络

集线器： 物理层的连接设备，放大电信号

网络适配器（针对网络的IO接口，例如显卡是针对显示器的IO接口，显卡对于的设备是显示器，网络适配器对应的抽象外部设备是网络， 网络适配器又称网卡）。

网络适配器有一个唯一的MAC地址。

网络适配器位于数据链路层。发送数据单位为一个帧（frame）。每个帧header位标识源和目的mac地址。网络适配器收到不属于自己的帧 会直接扔掉。

监控程序可以在兼容TCP/IP协议族的同时，做一些额外的监控功能。

IP层是靠软件实现的。

路由器必须保护网络适配器，而且必须实现IP层的协议。

TCP/UDP层为网络应用提供接口。

一个socket就像一个打开的文件描述符，用完了必须close。

内存：随机存储，速度一样

磁盘：物理移动，一次读取一个扇区（或者多个扇区），需要先物理寻址，速度小于内存一个数量级。

网络：获取速度又小于磁盘数量级。

汇编语言学习点包括机器指令，但是核心和诀窍是对内存寻址对深刻理解，搞清楚CPU计算出内存中要加载的指令和数据的地址。

总线：地址总线，数据总线，控制总线。

早起的CPU地址总线只有16位和20位，分别寻址范围是64KB和1MB，后来内存的容量远超这个大小。

为了保持兼容（涉及到操作系统和编译原理），让原来的二进制文件能在新的CPU上运行，CPU引入了段寄存器的概念。

段寄存器：CS（code segment），DS（data segment），SS（stack segment）。

通用寄存器：（E）AX，BX，SP等。

指令指针寄存器：（E）IP

标志寄存器： （E）FLAGS

三种主要的汇编模型：

  • 实模式平面模型：只能使用前面64KB大小，没有段的概念，所有段寄存器的值都是0。

  • 实模式段模型：段寄存器：偏移寄存器 确定真正的地址。

  • 保护模式平面模型：通用寄存器32位，可以指向整个4GB地址空间中的任何位置，EIP大小也是32位。这种模式下，段寄存器的作用 是用来确定进程的4G空间出现在物理内存的什么地方。（比如物理内存大于4G，但是程序的寻址空间只有4G，或者物理内存小于4G， 程序的寻址空间也可以是4G）。

前两种模式都已经过时了。

段寄存器的作用是地址总线的宽度能够有一个寻址空间，而真实的物理内存大小可以小于或者大于这个空间。

指令周期：取址周期，间址周期，执行周期，中断周期。

CPU在每条指令执行阶段结束前都要发中断查询信号，以检测是否有某个I/O设备提出中断请求。

CPU执行用户态的代码时，一条指令和下一条指令之间可能会被中断，但是一条指令本身不能被中断（指令周期本身不会中断）。

一直有一个疑问，就是如果在关闭中断期间有新的中断到达，新中断是会被丢弃还是会在当前中断结束后立即响应？

答案是后者。

下面摘自http://linux.linti.unlp.edu.ar/images/0/0c/ULK3-CAPITULO4-UNNOBA.pdf （需要翻墙）

The PIC can be told to stop issuing interrupts that refer to a given IRQ line, or to resume issuing them. ●Disabled interrupts are not lost; the PIC sends them to the CPU as soon as they are enabled again.

●This feature is used by most interrupt handlers, because it allows them to process IRQs of the same type serially.

2021/01/31