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Linux内核源码

risc和cisc的区别

RISC（Reduced Instruction Set Computer）：精简指令集计算机
CISC（Complex Instruction Set Computer）：复杂指令集计算机

CISC（Complex Instruction Set Computing）

复杂庞大的指令系统：指令数目一般多达200~300条。

指令长度不固定：指令格式种类多，寻址方式种类多。

存储器访问不受限制：可以访存的指令不受限制（RISC只有取数/存数指令访问存储器）。

执行时间差异大：各种指令执行时间相差很大，大多数指令需多个时钟周期才能完成。

微程序控制：控制器大多数采用微程序控制。

难优化编译：难以用优化编译生成高效的目标代码程序。

RISC（Reduced Instruction Set Computing）

选取高频简单指令：使用频率较高的简单指令以及一些实用但不复杂的指令，复杂指令的功能由高频简单指令的组合来实现。

指令长度固定：指令格式种类少，寻址方式种类少。

存储器访问限制：只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器内完成。

多通用寄存器：CPU中有多个通用寄存器（比CISC的多）。

流水线技术：一定采用流水线，大部分指令在一个时钟周期内完成。采用超标量超流水线技术，使每条指令的平均时间小于一个时钟周期。

组合逻辑控制：控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。

优化编译程序：采用优化的编译程序。

CISC和RISC区别点

指令集复杂度

CISC:

指令集复杂，包含大量不同的指令。

每条指令可能执行多个低级操作。

指令长度不固定，可能需要多个时钟周期才能完成。

RISC:

指令集精简，指令数量较少且简单。

每条指令通常只执行一个低级操作。

指令长度固定，通常在一个时钟周期内完成。

指令执行的速度

CISC:

由于指令复杂，单条指令可能需要多个时钟周期。

优化重点在于减少程序中的指令数量。

RISC:

指令简单，通常在一个时钟周期内完成。

优化重点在于提高每条指令的执行速度。

reg的使用:

CISC:

寄存器数量较少，大量使用内存操作。

寄存器与内存之间的操作较为频繁。

RISC:

寄存器数量较多，尽量减少内存访问。

大部分操作在寄存器之间完成，减少内存操作带来的延迟。

编译器设计：

CISC：

编译器设计相对简单，因为复杂的指令可以直接实现高级语言的语义。

程序代码相对较短，但每条指令的执行时间较长。

RISC：

编译器设计较复杂，需要将高级语言的语义分解成更多的简单指令。

程序代码相对较长，但每条指令的执行时间较短。

硬件实现:

CISC

硬件实现复杂，需要更多的电路来支持复杂的指令集。

通常包括微代码来实现复杂指令的执行。

RISC:

硬件实现相对简单，支持精简的指令集。

不需要微代码，每条指令直接由硬件执行。

能效比和典型应用

CISC:

由于指令复杂，能效比通常较低。

常用于传统桌面计算机和服务器，典型代表为 x86 架构。

RISC:

由于指令简单且执行速度快，能效比通常较高。

常用于嵌入式系统和移动设备，典型代表为 ARM 架构。

写时复制（Copy-On-Write，COW）机制的基本原理

大白话简单理解：

在操作系统中，当一个进程创建子进程时，通常会通过 fork() 系统调用来实现。为了高效地创建子进程，内核采用了写时复制的策略。具体来说，fork() 并不会立即为子进程分配新的内存页，而是让子进程与父进程共享相同的内存页。此时，这些共享的内存页被标记为只读，以防止父子进程中的任何一个直接修改它们。

一旦父进程或子进程试图修改这些只读内存页，内核会捕获到这一操作并产生一个异常。异常处理程序会为需要修改的进程分配一个新的物理页，并将原来的内容复制到这个新页中。然后，进程可以安全地对这个新的内存页进行写操作，而不会影响到其他进程。这样做的好处是可以显著减少内存分配的开销，特别是在父进程和子进程之间存在大量相同内容的情况下。

总结一下，写时复制机制有效地优化了进程创建的性能，同时也节约了系统资源。

auto变量类型

auto x = 10;    // x的类型是int
auto y = 3.14;  // y的类型是double
auto z = "Hello"; // z的类型是const char*

AHB总线和ISA总线区别

AHB总线（Advanced High-performance Bus）和ISA总线（Industry Standard Architecture Bus）是两种不同的计算机系统总线，主要用于不同的用途和系统架构。

1. AHB总线

简介: AHB是AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）架构中的一部分，AMBA是由ARM公司制定的一组总线架构标准。AHB总线是其中的高性能总线，专门为高带宽、低延迟的片上系统（SoC）设计。
特点：
- 高性能: 支持高带宽数据传输，通常用于需要快速数据交换的系统组件之间，比如处理器、内存和高速外设。
- 宽数据位宽: AHB总线通常支持32位或更高的数据位宽，提供更大的数据吞吐量。
- 单一主控设备: 在一个时刻只有一个主控设备能够控制总线，保证了总线的稳定性和高效性。
- 支持突发传输: 可以一次性传输多个数据，减少总线占用时间。

2. ISA总线

简介: ISA总线是早期PC机系统中使用的一种总线标准，最初由IBM为其PC/AT（个人电脑/高级技术）设计。ISA总线广泛用于20世纪80年代和90年代初期的个人计算机中。
特点：
- 低性能: ISA总线的带宽较低，传输速度较慢，通常用于连接键盘、鼠标、串口、并口等低速外设。
- 8位和16位版本: 最初的ISA总线是8位的，后续发展到16位版本。数据传输速率相对较低。
- 并行总线: ISA总线是一种并行总线，多个数据位可以同时传输。
- 缺乏即插即用功能: 早期的ISA总线设备需要手动设置IRQ、中断号、I/O端口等参数，配置较为繁琐。

南桥和北桥的

这段描述适用于20世纪末和21世纪初的PC机主板架构，但随着技术的发展，现代PC机主板的设计已经发生了显著变化。

北桥与南桥的消失

北桥芯片: 北桥芯片（Memory Controller Hub, MCH）的主要功能是连接CPU、内存和高速图形接口（如AGP或PCIe）。然而，随着技术的进步，许多北桥的功能（尤其是内存控制器和PCIe接口）已经被集成到现代处理器内部。例如，从Intel的Nehalem架构（Core i系列）开始，内存控制器和PCIe控制器就被集成到CPU中。因此，北桥芯片在现代PC架构中已基本消失。
南桥芯片: 南桥芯片（I/O Controller Hub, ICH）主要负责较低速的I/O操作，如USB、SATA、音频、网络等。然而，随着北桥功能的整合，南桥芯片也逐渐演变为PCH（Platform Controller Hub），其职能更加广泛。虽然南桥的传统功能大部分仍由PCH承担，但它已不再被称为南桥。

现代芯片组架构

单芯片架构: 现代PC主板大多采用单芯片PCH架构，取代了传统的北桥和南桥组合。PCH负责大部分I/O功能，包括USB、SATA、网络、音频等，而CPU则直接控制内存和PCIe设备。
更高集成度: 现代处理器将更多的功能集成到芯片内部，不仅包括内存控制器，还可能包括图形处理单元（GPU）、网络控制器等。这使得主板设计更加简洁，也提升了整体性能和功耗效率。

总结

历史性描述: 你提供的描述适用于早期的PC主板架构，是一种历史性的回顾。
现代演变: 现代PC主板的设计已经进化为更为集成化的结构，北桥和南桥已不再作为独立的芯片存在，而是通过更为集成的方式实现功能。

因此，这段描述在现代PC主板中已不再适用，但它对理解计算机硬件的历史演变依然具有教育意义。

I/O 端口和寻址

I/O控制器：

访问数据的数据端口

输出命令的命令端口

访问控制器执行状态的状态端口

端口地址设置方法：

统一编址

CPU 访问一个端口的操作与访问内存的操作一样，用一页地址给所有设备和内存分配，有点像直接寻址

独立编址

把 I/O 控制器和控制卡的寻址空间单独作为一个独立的地址空间对待,有点像间接寻址

计算机复位之后做的操作

键盘编码

system_call.s 程序

在Linux 0.11中，用户使用中断调用 int 0x80和放在寄存器eax中的功能号中来使用

内核提供的服务，但是用户不是直接使用系统调用中断，而是通过 函数库

比如使用一个fork()函数，函数库 libc 中的fork()函数就会实现中断 int 0x80 的调用过程并返回调用结果给用户程序

对于软中断实现：

首先调用对应的 c函数处理程序作准备，将一些参数进行压栈，系统在调用时最多带 三个参数 ，通过ebx和ecx和edx传入，调用c函数进行相应的功能处理，处理完成后，检测当前任务的信号位图，对值中min进行信号复位并开始处理 (先处理后信号复位)