第一章 計算機系統漫游
1.1 資訊就是位+背景關系
系統中的所有資訊，包括磁盤檔案，記憶體中的程式，記憶體中存放的用戶資料以及網路上傳送的資料，都是由一串位元表示的，區分不同資料物件的唯一方法是我們讀到這些資料物件的背景關系，
1.2 程式被其他程式翻譯成不同格式
一個程式的生命周期是從一個高級C語言程式開始的，為了能在系統上運行該程式，每條陳述句都必須被其他程式轉換成一系列低級機器語言，然后這些指令按照可執行目標程式的格式打包好，并以二進制檔案的形式存盤起來，得到可執行目標檔案，
這個翻譯程序可歸為四個階段，預處理，編譯，匯編，鏈接，四個階段構成了編譯系統，
預處理階段
前處理器根據預編譯指令，對C程式進行文本替換，得到.i檔案，
編譯階段
編譯器將.i翻譯成.s，得到一個匯編語言程式，C語言和Fortran編譯器產生的輸出檔案都是一樣的匯編語言，
匯編階段
將.s檔案翻譯成機器語言指令，并打包成可重定位目標程式，把存在目標檔案.o中，.o是二進制檔案，
鏈接
C語言頭檔案中中的函式存在了預編譯好的目標檔案，因此該階段將呼叫的函式合并到我們的.o檔案中，得到可執行目標檔案，該檔案可以被加載到記憶體中由系統執行，
1.3 了解編譯系統如何作業的益處
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優化程式性能
我們需要了解一些機器代碼以及編譯器如何將C轉換為機器代碼的方式，不同回圈陳述句的比較，switch和ifelse的比較等，
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理解鏈接時出現的錯誤
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避免安全漏洞，如緩沖區溢位等
1.4 處理器讀并解釋儲存在記憶體中的指令
當程式被編譯完成后，我們可通過shell指令
linux> ./hello
來運行程式
1.4.1 系統的硬體組成
為了理解運行hello程式時發生了什么，我們需要了解系統的硬體組織，
這是一張近期Intel產品族的模型
總線
貫穿于整個系統的電子管道，攜帶資訊位元組并負責在各個部件間傳遞，總線傳輸的數是個重要的系統引數，
IO設備
IO設備是系統與外部的聯系通道，每個IO設備通過控制器或配接器與IO總線相連，控制器和配接器的差別在于他們的封裝方式，控制器是IO設備本身或系統的主印刷電路板，配接器是插在主板插槽上的卡，
主存
主存用來存放程式和資料，由DRAM構成，按位元組編址，
處理器
處理器按照指令模型來操作，該模型由指令集架構決定，指定按照嚴格的順序執行，并更新PC暫存器，
1.4.2 運行hello程式
shell將hello檔案加載到記憶體中，通過dma技術，檔案可以直接從磁盤到記憶體，不經過cpu，
hello程式將字串中的位元組從主存復制到暫存器，再從暫存器復制到顯示設備，輸出到磁盤，
1.5 高速快取至關重要
如上的簡單示例說明了一個重要問題，計算機會經常進行IO操作，這些開銷減慢了程式運行的速度，因此系統設計者的一個重要目標就是使IO操作盡快完成，
處理器與主存之間存在著巨大的速度差距，并且還在一直擴大，針對這種差異，系統設計者采用了更小更快的高速緩沖存盤器作為暫時存盤，L1高速快取通常可達數萬位元組，訪問速度幾乎和訪問暫存器一樣快，通過該方案，能讓記憶體操作基本都在快取中完成，基于程式區域性原理，
1.6 儲存器的層次結構
計算機的各儲存部件間形成了層次結構，底層速度快，造價高，容量小，高層相反，通過該層次結構，就可以用高層的價格和容量，達到底層的速度，
1.7 作業系統管理硬體
當我們執行程式時，程式并沒有直接訪問計算機硬體，而是通過作業系統提供的服務來訪問，我們可以把作業系統看作是應用程式和硬體之間插入的一層軟體，
作業系統有兩個基本功能：
防止硬體被應用程式濫用，向應用程式提供簡單一致的機制來控制硬體設備，作業系統通過幾個抽象服務來實作，如行程，虛擬記憶體，檔案等，
1.8 系統之間利用網路通信
現代系統經常通過網路和其它系統連接到一起，網路可視作一個IO設備，資料流可以通過網路直接發給另一臺機器，不經過本地磁盤，也可通過網路直接讀取資料到主存中，
1.9 重要主題
1.9.1 Amdahl定律
對系統的某一部分加速時，其對系統整體性能影響取決于該部分的重要性和加速程度，
由此可知，想要顯著加速整個系統，必須提升全系統中相當大部分的速度
1.9.2 并發和并行
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執行緒級并發
構建在行程抽象之上，我們能夠設計出同時有多個程式執行的系統，這就導致了并發，自20世紀60年代出現時間共享以來，計算機系統就開始有了對并發執行的支持，但只是簡單的使任務按時間切換，這種配置稱為單處理器系統，
后來隨著多核處理器，超執行緒的出現，我們廣泛使用了多處理器系統，將多個CPU(核)集成到集成電路芯片上，每個核都有自己的L1和L2快取，而共用L3快取.
而超執行緒技術則允許一個核并行執行多個控制流，在使用超執行緒的核中，程式計數器核暫存器有多個備份，共用其他資源，
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指令級并行
在CPU中，使用流水線技術來極大加快指令的執行，如果指令速度快于一周期一條，則可成為超標量處理器，
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單指令，多資料并行
許多處理器擁有特殊的硬體，允許一條指令產生多個并行的資料操作，如SIMD指令可以并行加法，通常需要在編程時顯式宣告，
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