计算机系统基础,MSE, 复旦大学 /11/20,占总分150分中的40分 完整考点掌握有一定难度 建议 量力而行,参考教材,深入理解计算机系统，第2版 Randal E.Bryant, David O'Hallaron 龚奕利，雷迎春 机械工业出版社 Computer Systems: A Programmer's Perspective (2nd Edition),2,参考教材,计算机系统基础 袁春风 机械工业出版社 深入理解计算机系统的子集,3,课程概要,程序的结构和执行 处理器的结构 存储系统 程序性能的优化 程序在系统中的运行 程序的链接 进程 虚拟存储系统 程序间的通信和交互 系统I/O 网络编程 并发编程,4,计算机的抽象模型,5,桌面计算机-IA32,6,桌面计算机-Core i7,7,计算机系统,,8,考试大纲和解读,9,处理器系统结构,CPU中的时序电路 单周期处理器的设计 流水线处理器的基本原理 数据冒险(Data Hazard)的处理 流水线设计中的其它问题,10,解读-基础,信息在计算机上的表示 整数 浮点数 数据的大小和顺序(大小端) 程序的表示(汇编指令) 数据访问 算术和逻辑运算 数组的表示和访问 复杂数据结构的表示 程序动态表示 控制 过程调用 栈 参数传递,11,解读,指令集 格式 电路的基本概念 逻辑门 组合电路 时钟 顺序电路 时序 阶段 流水线,12,存储器结构,存储器层级结构 局部性 计算机高速缓存器(Cache)的原理 高速缓存对系统性能的影响,13,解读,不同介质的特征 高速缓存 内存 外存 程序运行的局部性 指令 数据 高速缓存对程序性能的影响 命中率 高速缓存的形式 直接映射 全相关 组相关,14,优化程序性能,优化程序性能 编译器优化的能力和局限 程序性能的表示 应用特性(体系结构无关)的优化 体系结构相关的优化 限制因素 发现和消除性能瓶颈,15,解读,理解程序的执行 过程/函数调用的代价 编译器优化的局限 程序的正确性 结构无关的优化 消除循环的低效 减少函数调用 减少不必要的内存访问 现代处理器的理解 多功能单元 流水 周期数和时延 体系结构相关的优化 数据的依赖 提高并行 循环展开,16,虚拟存储系统,地址空间 虚拟存储 虚拟存储的管理 翻译和映射 TLB 动态内存管理 垃圾收集,17,18,解读,地址类型 物理地址、虚拟地址 内存管理 页 请页 地址转换 页表 TLB(加速) 动态内存的管理 为什么 方法 垃圾回收 标记-清扫,19,链接,静态链接 目标文件 符号和符号表 重定位和加载 动态链接库,20,解读,21,进程,异常 进程 进程控制 信号和信号量 进程间的通信 进程间信号量的控制,22,解读,异常 主控流程/其他事物 中断 进程 CPU的虚拟化 上下文 核心/用户 信号的机制,23,并发编程,各种并发编程模式 共享变量 线程同步 其它并行问题 线程安全 可再入 竞争 死锁,24,系统I/O,I/O概念 文件 文件操作 共享文件,25,网络编程,网络 客户端/服务器模型(Client/Server) 套接字接口(Socket) HTTP请求 Web服务器,26,
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