MATFYZ

Počítačové systémy (WIP)

December 12 2022 [Edit]

C/C++

• procedurální programovací jazyk, strukturovaný
• imperativní programování - výpočet pomocí posloupnosti příkazů
• statický typový systém
• efektivně se mapuje na instrukce CPU
• OS, HPC, embedded systems
• case sensitive, ignoruje whitespacy
• start - main()

• #include - nakopíruje se tam

• Proměnná
  • deklarace $\rightarrow$ inicializace $\rightarrow$ použití
  • Scope - viditelnost - lokální/globální
  • Storage - auto, extern, static, register
  • static
    • globální - není přístupná z jiných zdrojáků
    • lokální - životnost přes všechna volání funkce
• Pole
  • souvislý úsek paměti, row-major order
• Struktura
  • Members
  • inner+outer padding - adresa musí být násobek velikosti proměnné
• Pointer
  • proměnná obsahující adresy
• Reference
  • fixed pointer
• Třída
  • má stav a nabízí funkce pro práci se stavem
  • zapouzdření

Architektury PC

Von Neumann architektura

• 1 sběrnice na vše

Harwardská architektura

• v mikročipech
• má více adresových prostorů

Sandy bridge architektura

• reálná architektura
• paměti přímo připojené k CPU (pam. řadiče)
• south bridge - periferie
• sběrnice většinou P2P
  • sériové - při paralelních byly přeslechy

Architektura CPU

• HW - jak je vyroben a postaven
• ISA - jak se CPU logicky chová (x86, x64)
• CPU = jednoduchý stroj, vykonává instrukce

Třídy instrukcí

• LOAD - načtení
• STORE - uložení
• MOVE - přesunutí
• aritmetické
• logické
• JUMP - skoky
  • podmíněné/nepodmíněné
  • přímé = JUMP[adr]
  • nepřímé = JUMP var
  • relativní = JUMP o $x$ instrukcí
• CALL, RETURN

Pojmenování registrů

• přímé (nejčastější)
• zásobník
• aliasing - překrývání

Registry

• Obecné
  • celočíselné - na aritmetiku
  • adresové - na nepřímé adresování
  • branch (skokové) - kam skočit
• Floating point
• Flag (registry příznaků)
  • boolovské hodnoty, flag je 1 bitový
  • například výsledek porovnání
• Predikátové
  • neobvyklé, každá instrukce má u sebe zakódovaný predikátový registr (1bit)
  • určuje, zda se instrukce provádí nebo neprovádí podle nastavení predikátového registru (dobré místo skoků)
• Aplikační
  • dostupné z aplikačního kódu
  • specificky určené pro pár instrukcí
• Systémové
  • nastavení vlastností chování CPU (později doplněno u OS)
• Vektorové
  • stejné operace na více datech

MIPS

• 32 registrů - r0 až r31
• r0 = 0
• nemá flag registry
• nemá zásobník

Instrukce

• Aritmetické: $rd, $rs, $rt
• Logické: AND, OR, XOR, NOR
• Shifty: sll $rd okolik, slr
• Přístup do paměti: load/store word/byte
• Podmíněné skoky
• Porovnávání