Computer Systems A Programmers Perspective 日记2

上面简单的例子说明系统将花费非常多的时间去移动数据。hello程序对应的机器指令最初存储在硬盘中,
当程序被加载时它们被复制到内存中,当处理器调用这段程序,指令被从内存中复制到处理器。相同的,
"hello world!"这段字符串数据最初存在硬盘中,然后被复制到内存中,最终从内存中被复制到显示设备。
从程序设计者的角度出发,复制数据与代码的开销会减慢程序运行的速度。所以,系统设计最大的目标
是使复制操作的速度尽可能的快。

由于物理规则限制,空间越大的存储设备将比较小的存储设备更缓慢。
但是快速的存储设备相比缓慢的设备更加昂贵。比如,硬盘通常比内存大1000倍,
但是读取同样的数据会比用内存的时间长100万倍。

同样,一个典型的寄存器文件只能存储几百字节数据,而内存能够存储十亿字节。
然而,处理器从寄存器中读取数据比从内存中读取快近100倍.令人沮丧的是,随着
半导体技术的发展,使处理器运行的更快比让内存运行更快来得更简单更便宜。

为了应对处理器与内存速度之间的差距问题,更小更快的缓存被设计出来作为临时存储
区域,专用于存储那些处理器马上要用到的数据。

2.2.png

上面这道题非常简单,即使是笔算,要表达二进制n次方也不过就是在1后面加n个零,然后转为16进制即可,
比如2的3次方,二进制表示就是1000,十六进制与十进制都是8。
写了两个LISP的小程序,来做这道简单的题,代码如下:

#lang racket

(define (f x  count)
  (if (= x 1)
      count
      (f (/ x 2) (+ 1 count))))

(f 16384 0)

(define (f2 x tem count)
  (if (= 0 count)
      tem
      (f2 x (* tem x) (- count 1))))

(f2 2 1 19)

lisp太偏门,估计没几个人愿意看,但写c语言又得开个虚拟机,看个书搞这么麻烦没必要,题也简单,就这么对付一下,而且说回来,c语言写这个程序也差不多一样,参数都不用变。

哦对,这些进制都是给人看的,在内存里表示都一样,所以,真正编程时,只是输入的进制不同,实际上计算机自己会做转换,让它显示什么进制他也都会显示,一丁点编程技巧都用不上,障眼法而已,很多人都会被这种问题困扰,没有必要。

Practice Problem 2.4 (solution page 180)
Without converting the numbers to decimal or binary, try to solve the following
arithmetic problems, giving the answers in hexadecimal. Hint: Just modify the
methods you use for performing decimal addition and subtraction to use base 16.
A. 0x605c+ 0x5 =
B. 0x605c− 0x20 =
C. 0x605c+ 32 =
D. 0x60fa − 0x605c =

又有一道题,小学加法题,后面的题不知道会不会难一些,一直这样的题恐怕要睡着了。

说起字节序,突然想起11月5日在看“Kathiravelu P., Sarker F. - Python Network Programming Cookbook, Second Edition - 2017”这本书的时候,遇到了一个问题,当时自认为很明白字节序,但事实证明还是被搞
晕,这道题是这样的

Listing 1.5 shows integer_conversion as follows:
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook, Second Edition -- Chapter - 1
# This program is optimized for Python 2.7.12 and Python 3.5.2.
# It may run on any other version with/without modifications.
import socket
def convert_integer():
data = 1234
# 32-bit
print ("Original: %s => Long host byte order: %s, Network byte order:
%s" %(data, socket.ntohl(data), socket.htonl(data)))
# 16-bit
print ("Original: %s => Short host byte order: %s, Network byte order:
%s" %(data, socket.ntohs(data), socket.htons(data)))
if __name__ == '__main__':
convert_integer()
If you run this recipe, you will see the following output:
$ python 1_5_integer_conversion.py
Original: 1234 => Long host byte order: 3523477504,
Network byte order: 3523477504
Original: 1234 => Short host byte order: 53764,
Network byte order: 53764

能看到1234是在机器上由cpu读取的数据,而将要发送到网络中的数据,在cpu读取时,应该是53764。显然
字节序应该是改变了,这由于一般的机器都是小端机,所以字节的排列与正常读取的方式正好相反,低位在
低位,高位在高位。
比如1234的十六进制是04D2,那么在小端机的内存中应该写成D204,这是小端机的字节序,但是呢,网络中
要求传输的字节序为大端序,所以应该发送的字节顺序应该是04 D2 ,这就要求小端机在内存中把顺序先整理好,于是小端机的确在低位字节上写入了04 高位写上了D2,但这个数据由小端机CPU读取时可就成了D204,
这个D204是多少呢?


Listing 1.5.png

怎么样,会不会被绕晕啊,其实D204这玩意正过来反过去都是在说那个十进制的1234,只是一正一反,来回
两次就容易把人搞晕,当然,这里说的字节序还对应着bit序,那个玩意不被感知,所以一般不用管,其原因是在网络传输中,字节序是大端的,而bit序是小端的,所以只用转换字节序即可,当然在大端机上,就需要转换bit序喽。

推荐一个国外的帖子,专门讲cpu处理bit序与byte序的事情,相当的好,国内也有一个,讲的也不错,但是其中有一幅图画的有问题,什么问题就得真的理解后才能指出,
放心,只要是真的懂了,那一定是能看出来的。

为了想起这道题在哪看到几乎用了一个上午,直到查了浏览器的历史纪录,才想起看的是这本python书,
看来以后有必要把每天看了什么书都做一个汇总,万一偶尔碰到重要的问题,缺因为记性差想不起来,
那可实在是不爽。

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