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Part 1 Program Structure and Execution  信息的表示和处理  程序的机器级表示  处理器体系结构  存储器层次结构 2010_Spring_csapp@pe.cqnu CH 02 信息的表示和处理  概述  信息存储★  整数表示★  整数运算☆  浮点数表示★ 2010_Spring_csapp@pe.cqnu 3数据表示 信息的表示和处理 .概述  不同的数据表示可以为数据结构的实现提供不同的支持，表现 在实现的效率和方便性上不同。因此，数据结构和数据表示是 软、硬件的 interface 。系统结构设计者在确定软硬件的功能分 配时，应考虑到机器中设置哪些数据表示，以便对应用中所遇 到的数据结构能有高的实现效率。本节主要讨论 I386 处理器上 的数据表示。  线性表、队列、栈、向量、链表、树、图等软件系统所要处理 的各种数据结构，是面向应用的信息的表示，最终被转换成机 器中所具有的各种数据表示来实现。可见，数据表示是构建数 据结构的基础。  数据的机器表示：指能被机器硬件直接识别和引用的数据类型。 4数据表示、数据结构和 C 信息的表示和处理 .概述  对于 I386 数据表示之上的数据结构，是最终如何被表示为 I386 数据表示的，也是学习的重点。理解这种从数据结构到数据表 示的映射关系有助于学会编写更有效率的程序。  在本书中， C被直接映射到 I386 的数据表示之上，所以可通过 讨论 C的数据类型来学习 I386 的数据表示。  C语言的基本数据类型直接与底层硬件相对应。 例如， C不存在内置的复数类型。某种语言要素如果底层硬件没 有提供直接的支持，那么编译器设计者就不会在它上面浪费任何 精力。 C一开始并不支持浮点类型，直到硬件系统能够直接支持 浮点数之后才增加了对它的支持。 5信息都被编码表示 信息的表示和处理 .概述  I386 支持这三种数字编码的数据表示。其余类型的信息可以通过 这三种数字编码和字符编码组成的数据结构来表示。  信息编码：建立信息对象和 bits的一一对应关系。 ➢ 信息都用若干二进制位 bits表示（字节倍数编码、解释器） ➢ 不同的信息类型有不同的编码方案：数字编码、字符编码等 ➢ 三种最基本的数字编码 无符号编码：表示非负整数 二进制补码编码：表示整数 浮点数编码：表示实数  数据表示、数据结构都是对信息的描述，这些描述是通过编 码来实现的。 6信息都被编码表示 信息的表示和处理 .概述  通过学习数字的编码表示，能够了解数字类型的取值范围及其不 同算术运算的属性。对于编写在全部数值范围内都能正常工作， 而且可以跨越不同机器、操作系统和编译器组合的可移植的程序 来说，这种了解是非常重要的  整数的溢出和可结合、可交换  浮点运算的溢出和不可结合、不可交换  计算机只能使用有限的位数来对数字编码，导致： 7基于编码的信息处理 信息的表示和处理 .概述  字符常采用单字节编码，比较简单；数字采用多字节编码， 比较复杂。本书详细讨论了 I386数字编码的数据表示。  计算机存储的是信息的编码，由 ALU对编码进行运算操作。  通过直接操作数字的位级表示，可以得到几种执行算术运算 的方式，这对于理解编译算术表达式时产生的机器级代码是 很重要的。  在对信息编码的基础上，计算机才能对信息进行处理。 本章从各种编码的基本定义开始，然后得出一些属性，例如可表 示数字的范围、它们的位级表示以及算术运算的属性。 CH 02 信息的表示和处理  概述  信息存储★ ✗ 存储器的抽象 ✗ 信息的表示 ✗ 位操作和逻辑运算  整数表示★  整数运算☆  浮点数表示★ 2010_Spring_csapp@pe.cqnu 9面向字节的存储器组织 信息存储 .存储器的抽象  所有的地址集合称为虚拟地址空间；整个字节数组称为虚拟 存储空间。  虚拟存储器的通过不同类型的存储层次实  SRAM, DRAM, disk  Only allocate for regions actually used by program 程序的信息是存储在存储系统中的。在 32位系统中，机器级程序所 看到的存储器是一个抽象的 4G字节数组，即虚拟存储器。 10 程序的运行时存储器映像 信息存储 .存储器的抽象 Kernel virtual memory Memory-mapped region for shared libraries Run-time heap (created by malloc) User stack (created at runtime) Unused 0 %esp (stack pointer) M