《程序是怎样跑起来的》读书笔记

读完这本书之后我后悔了，后悔我没有早点读到它。后悔我没有在学《计算机组成原理》之前读完这本书。

这本书完全可以作为《计算机组成原理》这门课的先导课，它回避了计算机组成中的一些比较复杂难懂的知识，而把目光集中于，在“计算机运行程序”这一个整体的过程中，计算机中发生了什么。

声明：本篇内容只为作者本人使用，如有任何问题，与本人无关

内容不固定，随时更新

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第一章 对程序员来说CPU是什么

• CPU所负责的就是解释和运行最终转换成机器语言的程序内容
• 内存的存储场所通过地址编号来区分，而寄存器的种类则通过名字来区分
• 其中，数据分为“用于运算的数值”和“表示内存地址的数值”两种。数据种类不同，存储该数值的寄存器也不同
• 用于运算的数值放在累加寄存器中存储，表示内存地址的数值则放在基址寄存器和变址寄存器中存储
• 程序计数器、累加寄存器、标志寄存器、指令寄存器和栈寄存器都只有一个
• 无论当前累加寄存器的运算结果是负数、零还是正数，标志寄存器都会将其保存（也负责存放溢出和奇偶校验的结果 )
• 函数调用使用的是 call 指令，而不是跳转指令
• return 命令的功能是把保存在栈中的地址设定到程序计数器中
• 实际地址 = 基址寄存器 + 变址寄存器

第二章 数据是用二进制数表示的

• IC的一个引脚只能表示两种状态
• 移位后需要在最高位补 0类似于霓虹灯往右滚动的效果这就称为逻辑右移
• 将二进制数作为带符号的数值进行运算时，移位后要在最高位填充移位前符号位的值（0 或 1）。就称为算术右移
• 只有在右移时才必须区分逻辑位移和算术位移

第三章 计算机进行小数运算时出错的原因

• 尾数部分用的是“将小数点前面的值固定为 1 的正则表达式”，而指数部分用的则是“EXCESS系统表现”
• EXCESS系统表现是指，通过将指数部分表示范围的中间值设为 0，使得负数不需要用符号来表示
• 计算机运行的过程中如何避免浮点数出错的问题？
  • 首先是回避策略，即无视这些错误
  • 另一个策略是把小数转换成整数来计算

第四章 熟练使用有棱有角的内存

• 队列一般是以环状缓冲区（ring buffer）的方式来实现的

第五章 内存和磁盘的亲密关系

• 磁盘缓存指的是把从磁盘中读出的数据存储到内存空间中的方式
• 虚拟内存是指把磁盘的一部分作为假想的内存来使用
• 虚拟内存的方法有分页式和分段式两种。Windows 采用的是分页式。该方式是指，在不考虑程序构造的情况下，把运行的程序按照一定大小的页（page）进行分割，并以页为单位在内存和磁盘间进行置换
• 一般情况下，Windows 计算机的页的大小是 4KB
• 多个应用可以共有同一个 DLL 文件
• DLL 文件还有一个优点就是，在不变更 EXE文件的情况下，只通过升级 DLL 文件就可以更新
• 栈清理处理指令不是程序记述的，而是在程序编译时由编译器自动附加到程序中的。编译器默认将该处理附加在函数调用方
• 另外，在C 语言中，函数的返回值，是通过寄存器而非栈来返回的
• 栈一般是用来实现函数调用机制的。如果想任意利用栈，程序员就需要自己用程序来实现所需要的栈机制
• 扇区是对磁盘进行物理读写的最小单位。Windows 中使用的磁盘，一般 1 个扇区是 512 字节。不过，Windows 在逻辑方面（软件方面）对磁盘进行读写的单位是扇区整数倍簇?
• 不管是硬盘还是软盘，不同的文件是不能存储在同一个簇中的，否则就会导致只有一方的文件不能被删除

第六章 亲自尝试压缩数据

• 在任何情况下，文件中的字节数据都是连续存储的
• 像这样，把文件内容用“数据 ×重复次数”的形式来表示的压缩方法称为 RLE（Run Length Encoding，行程长度编码）
• 我们把能还原到压缩前状态的压缩称为可逆压缩，无法还原到压缩前状态的压缩称为 非可逆压缩

第七章 程序是在何种环境中运行的

• 引导程序是存储在启动驱动器起始区域的小程序
• 引导程序的功能是把在硬盘等记录的 OS 加载到内存中运行
• OS 并不能自己启动自己

第八章 从源文件到可执行文件

• “想要买的是何种编程语言用的编译器”“编译器生成的本地代码是用于哪种 CPU 的”以及“该编译器是在什么环境下使用的”
• 在程序运行时，虚拟的内存地址会转换成实际的内存地址。链接器会在 EXE 文件的开头，追加转换内存地址所需的必要信息。这个信息称为再配置信息。
• EXE 文件的再配置信息，就成为了变量和函数的相对地址

第九章 操作系统和应用的关系

• 仅具有加载和运行功能的监控程序
• 基本的输入输出部分的程序就被追加到了监控程序中
• 初期操作系统 = 监控程序 + 基本输入输出程序
• Windows 是通过时钟分割技术来实现多任务功能的

第十章 通过汇编语言了解程序的实际构成

• 汇编语言的源代码，是由转换成本地代码的指令（后面讲述的操作码）和针对汇编器的伪指令构成的
• 编译后在函数名前附带上下划线（_），是Borland C++ 的规定
• 在函数内部利用的寄存器，要尽量返回到函数调用前的状态

第十一章 硬件控制方法

• I/O 控制器中有用于临时保存输入输出数据的内存。这个内存就是端口
• 一个 I/O 控制器既可以控制一个外围设备，也可以控制多个外围设备。各端口之间通过 端口号进行区分。端口号也称为 I/O 地址
• 这是因为，为了保护系统安全，现在的 Windows 禁止了应用直接控制硬件的方式
• 大部分的外围设备，都会频繁地发出中断请求。其原因就是为了实时处理从外围设备输入的数据

第十二章 让计算机“思考”

略