计算机系统深入解析答案.docx

简介：
该文档《计算机系统深入解析答案》提供了对计算机系统核心概念和原理的详细解释及习题解答，旨在帮助读者深化理解与应用。 《深入理解计算机系统》是计算机科学领域的一本经典著作，涵盖了硬件、软件、编程语言及系统设计等多个关键方面。以下是对书中部分知识点的详细解释： 1. **数值计算**： - **截断与模运算**：无符号数截断到k位相当于求x mod 2^k，这涉及到计算机中数值表示和精度的问题。 - **整数运算速度差异**：整数乘法通常较慢，但可以通过移位加法组合优化。而除法比乘法更耗时，不过除以2的幂可以用右移来实现。 2. **系统架构**： - 处理器架构包括IA32（x86）、x86-64（x64）和IA64等类型，它们在指令集及兼容性上存在显著差异。 - 在x64架构中，long数据类型与指针均为8字节大小。 3. **编译系统**： - 编译过程包括预处理器、编译器、汇编器以及链接器共同作用将源代码转换为可执行文件的过程。 4. **并行计算**： - 单指令多数据（SIMD）技术，如SSE指令集可以用于提升处理大量相同类型的数据的效率。 5. **数据类型转换与运算**： - 有符号数和无符号数混合使用时，默认情况下会将有符号数值转为无符号。 - 对于位移操作：对于无符号整型右移采用逻辑右移，而对于带正负号的整型则通常进行算术右移处理。 - 短整类型转换成更大类型的无符号值需要先扩展大小再考虑其符号性。 6. **浮点数处理**： - 浮点加法和乘法不具备结合性和分配律性质，这涉及到浮点数值的精度与表示方式的问题。 - 正向浮动数字可以使用整型排序函数进行排序，但需注意可能存在的精度问题影响结果准确性。 7. **汇编语言相关知识** - 寄存器既可用于保存地址也能用于存储值。例如EAX寄存器常用来存放函数返回值，而ESP则通常被用作栈顶指针。 - LEA指令不仅可以计算有效地址还能执行算术运算操作。 - 在传送数据时，不能同时让两个操作数都指向内存。 8. **内存管理**： - IA32架构要求对齐存储的数据以提高性能,编译器会强制实施这种规则 - 栈从较高地址向较低地址增长而堆则相反，自低往高扩展。 - 在32位系统中使用栈帧指针访问栈上信息，在64位系统下该功能有所减弱。 9. **程序优化**： - 预处理器会将源代码进行展开和简化,编译器进一步执行如用移位操作代替乘法等类型的优化。 - 某些情况下，即使条件不满足某些分支指令也可能被执行。此现象与特定的编译策略有关。 10. **系统调用及安全性**： - GCC在局部char缓冲区中插入保护代码以防止缓冲溢出攻击的发生。 11. **处理器指令集相关知识** - SSE2引入了面向寄存器的操作，减少了对栈的需求。 - 尽管x64汇编语言更为简洁,但其性能提升可能有限。原因在于x32架构已经过高度优化处理。 以上内容摘自《深入理解计算机系统》，这些知识点揭示了计算机内部运作的基本原理，并且对于编写高效代码具有重要的指导意义。