《计算机组成原理/CSAPP》网课总结（一）

现在是2022年4月17日晚10点，本月计划的网课《csapp讲解》视频课看到了第八章“异常”第三讲,视频讲的很好但更新很慢，暂时没有最新的讲解，所以先做一个简单总结。总的来说，让我对自己写的代码是如何在操作系统中被加载然后按照代码逻辑运行有了更深层次的理解。这门课目前涉及到的知识点总的可以分为计算机硬件架构和操作系统与程序这两部分，即硬件与软件。之前本科阶段也学过计算机硬件技术基础，但没有学过操作系统和编译原理这些CS必修课。这门课也涉及到很多非常底层和硬件讲解，对那些感觉以后也不会用到的比如存储技术、三级缓存等等，只做了简单了解原理，并未深究。

1. 总体结构

这个结构是应该刻在我们的大脑里的，CPU和内存之间通过系统总线和内存总线通讯，IO总线负责和外部设备的通讯，所有的计算任务都会送到cpu中计算。cpu中真正进行计算的硬件是ALU（计算单元），此外还有寄存器用于保存变量，此外还有为提高和内存通讯速度的三级缓存也在CPU里面等等。当一个main.cpp被编译为可执行文件后，在终端输入./main.o后，执行该可执行文件的命令会传给操作系统，操作系统从磁盘加载该文件到内存，然后将cpu控制权交给该可执行文件，cpu从内存中读取对应的代码段起始指令，即main函数。然后按照逻辑执行。

2. 信息存储

常见数据类型在内存中的存储方式，如int、char、float等，再比如无符号数和有符号数的区别，以及表示方法的区别。这部分内容相对而言很基础，虽然深挖还是有很多东西，但没必要，会用就行。

3. 程序表示和执行

代码编译流程是必须掌握的，这里大概做下总结：

预处理：宏展开和include替换、删除无关代码，生成预处理后文件
编译：将高级语言转为汇编代码，生成汇编代码，用指令集表示命令
汇编：将汇编代码转为机器代码，生成机器代码，二进制形式的cpu指令表示
链接：将引用的代码包含进来，包括静态链接和动态链接，保证可执行文件能够运行。

下面是指令集的一个示例，高级语言翻译为底层汇编后就是长这个样子，这些命令和CPU架构是匹配的，所以为不同平台编译的汇编文件是不一样的，如常见的下x86架构和arm架构，需要不同的编译器来完成为目标平台生成可执行代码的工作。题外话，目前深度学习需要用到异步计算设备GPU的支持，GPU的功能和CPU是相似的，但CPU更偏向于通用，GPU更偏向于简单计算并行化，以提高运算速度，此外还会为特殊的数学计算提供硬件支持，如模型中常见的Sigmoid等非线性计算。此外，CUDA库大大降低了软件人员调用GPU计算的难度，在此基础上，还有如onnxruntime、mxnet、ncnn等推理库实现了非常全面的网络OP，进一步方便了相关算法的落地。

4. 处理器工作逻辑

5. 程序优化

6. 存储技术

7. 编译原理

8. 异常