# 再觀電腦！ ep.1 ###### tags: `csst` ## 黃恩明 --- ## 電腦基礎架構 - 硬體：CPU 、RAM 、Storage 、GPU - 軟體：OS、核心、呼叫、中斷 ---- ### CPU - Central Processing Unit - 中央處理器 - 電「腦」  ---- ### RAM - Random Access Memory - ~~隨機存取存儲器~~ 記憶體 - 家用量級：4~128GB  ---- ### 硬碟 - 傳統硬碟 HDD（有馬達） - 固態硬碟 SSD（隨身碟） - 家用量級： 256GB~4TB   ---- ### 科普 - 資料有無重量？  > <span> ~~資料有重量，不信的話把硬碟拿掉看電腦會不會變輕~~ <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="1" --></span> ---- ### 科普 - 資料有無重量？ - 若電子在 Floating Gate ，代表 0 ；反之為 1 - 電荷守恆  ---- ### RAM vs. 硬碟 || 記憶體 (RAM) | 硬碟 (HDD, SSD) | |:---:|:---:|:---:| | 用途 | 快速讀寫資料 | 長期儲存資料 | | 關機後資料 |消失 | 還在 | | 存取速度 | 快 | 慢 (SSD > HDD) | | 舉例 | 書桌 | 書櫃 | ---- ### GPU - Graphics Processing Unit - 圖形處理器  /cdn.vox-cdn.com/uploads/chorus_asset/file/19970190/2555435ebae590030837.15346566_NVIDIA_A100_GPU.jpg =360x) ---- ### 作業系統 (Operating System)  ---- #### 使用者模式/核心模式 - 避免使用者覆寫系統資料 - 需要執行特殊指令時透過 *System Call 系統呼叫* 轉移至核心模式(Ex: 關機) ---- #### 系統呼叫 (System Call)  ---- #### 中斷 (Interrupt) - 暫停目前的工作，做完中斷事件後再繼續處理目前的工作。**不一定是出錯** - 硬體中斷： - 按下鍵盤 - 插入隨身碟 - 軟體中斷： - System Call - $\div0$ 、存取非法記憶體 --- ## 程式之旅 - 編輯器 - 開發整合環境 - 編譯器 ---- ### 編輯器 - Text Editor (Notepad, VS Code, etc.) - 原始用途純粹為打字   ---- ### 開發整合環境 - IDE (**I**ntegrated **D**evelopment **E**nvironment) - 編輯器 + 編譯器 + 除錯工具等... - Ex: Code::Blocks、安裝套件後的 VS Code - [VS Code C語言環境設定教學](https://hackmd.io/@tangerine1202/rJtDbme3H)  ---- ## 編譯器 (Compiler) 1. 預處理 (Preprocessing) 2. 編譯 (Compilation) 3. 組譯 (Assembly) 4. 連結 (Linking) ---- ### Example ```c= #include <stdio.h> #define BANG(x) printf(x) int main() { /* Hello World! */ BANG("Hello World!\n"); return 0; } ``` ---- ### 預處理 (Preprocessing) 1. 處理define、註解 2. 新增行號和檔案標識 ```bash gcc -E -ansi hello.c ``` ```c= # 874 "/usr/include/stdio.h" 3 4 # 3 "hello.c" int main() { printf("Hello World!\n"); return 0; } ``` ---- ### 編譯 (Compilation) 1. 詞法分析 - 產生單字 2. 語法分析 - 組成句子 3. 語義分析 - 理解語意 4. 轉成 *組合語言* ---- ### 編譯 (Compilation) ```bash gcc -S -ansi hello.c ``` ```bash _main: ## @main .cfi_startproc ## %bb.0: pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset %rbp, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register %rbp subq $16, %rsp movl $0, -4(%rbp) leaq L_.str(%rip), %rdi movb $0, %al callq _printf xorl %ecx, %ecx movl %eax, -8(%rbp) ## 4-byte Spill movl %ecx, %eax addq $16, %rsp popq %rbp retq .cfi_endproc ## -- End function .section __TEXT,__cstring,cstring_literals L_.str: ## @.str .asciz "Hello World!\n" ``` ---- ### 組譯 (Assembly) 將組合語言轉成*目標檔案 (object file)* ： 機器碼 / binary ```0101010101``` ---- ### 連結 (Linking) 將目標檔案 (object file) 與標頭檔等其他檔案連結起來，產生可執行檔  ---- ### 總結