《深入理解计算机系统》精华笔记：运算优化与系统架构

"深入理解计算机系统笔记" 深入理解计算机系统是一项关键的技能，这涉及到对计算机硬件、操作系统、编译原理等多个方面的综合掌握。这份笔记是作者基于阅读《深入理解计算机系统》一书的深入学习和理解整理而成，旨在帮助读者更好地领会计算机系统的运作机制。 1. 计算机数值运算： - 截断数字：对于无符号数x，截断到k位相当于计算x mod 2^k，即保留最右边k位。 - 整数运算速度：整数乘法通常较慢，可能需要12个或更多时钟周期，而加法、减法、位移等操作只需1个时钟周期。编译器会利用这些特性进行优化，用移位和加法替代乘法。 - 整数除法：比乘法更慢，但除以2的幂可以用右移代替，无符号数用逻辑右移，有符号数用算术右移。 2. 计算机体系结构： - IA32（x86）和x86-64（x64）是常见的CPU架构，IA64则是与32位不兼容的Intel架构。 - 在x64架构中，`long`类型是8字节，指针同样也是8字节。 3. 编译过程： - 包含预处理器、编译器、汇编器和链接器四个阶段，分别处理源代码的不同方面，最终生成可执行文件。 4. SIMD并行： - 单指令多数据并行技术，如SSE指令集，用于提高向量数据处理效率。 5. 数据类型转换： - 无符号数右移使用逻辑右移，有符号数通常用算术右移。 - 强制类型转换规则：有符号数与无符号数混合运算时，有符号数会被转换为无符号数。 - 类型扩展：如`short`转`unsigned`，先扩展大小再进行符号转换。 6. 补码运算： - 负数的补码移位会向下舍入。 - 计算补码非：从左到右找到第一个1之前的位全部取反。 7. 浮点运算： - 浮点加法和乘法不具有结合性和分配性，可能导致精度损失。 8. 预处理、编译、汇编和链接： - 预处理器扩展宏和包含文件，编译器生成汇编代码，汇编器转为机器代码，链接器处理外部引用生成可执行文件。 9. 寄存器与内存操作： - 寄存器可以存储值或地址，如`(%eax)`表示`eax`寄存器中的地址值。 - 传送指令不能同时操作两个内存位置。 - 栈指针 `%esp` 保存栈顶元素地址，`%eax`通常用于保存函数返回值。 - 栈从高地址向低地址增长，堆从低地址向高地址增长。 10. LEA指令： - LEA（Load Effective Address）指令，用于计算有效地址，它可以做算术运算，具体取决于操作数。 11. 操作有无符号值： - 不同类型的汇编指令用于处理有符号和无符号值，确保正确执行计算。 这些知识点涵盖了计算机系统中的基本概念，对于理解和优化程序性能，以及解决计算机系统相关问题非常有价值。