一.冯诺依曼结构的主要思想： 1. 计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成。 2. 各基本部件的功能是： • 存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，形式上两者没有区别，但计算机应能区分数据还是指令； • 控制器应能自动取出指令来执行； • 运算器应能进行加/减/乘/除四种基本算术运算，并且也能进行一些逻辑运算和附加运算； • 操作人员可以通过输入设备、输出设备和主机进行通信。 3. 内部以二进制表示指令和数据。每条指令由操作码和地址码两部分组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作数的地址。由一串指令组成程序。 4. 采用“存储程序”工作方式。 二.计算机如何工作: 计算机基本部件： CPU：中央处理器；PC：程序计数器；MAR：存储器地址寄存器 ALU：算术逻辑部件；IR：指令寄存器；MDR：存储器数据寄存器 GPRs：通用寄存器组（由若干通用寄存器组成，早期就是累加器） [](http://www.wjgbaby.com/wp-content/uploads/2018/04/18042601.png)
//经典的“ hello.c ”C-源程序
#include <stdio.h>
int main()
{
printf(“hello, world\n”);
}
hello.c的ASCII文本表示： [](http://www.wjgbaby.com/wp-content/uploads/2018/04/18042602.png) 功能：输出“hello,world”，计算机不能直接执行hello.c！ 以下是GCC+Linux平台中的处理过程： [](http://www.wjgbaby.com/wp-content/uploads/2018/04/18042603.png)
问题一：
//ISO C90标准下，在32位系统上,以下C表达式的结果是什么？
-2147483648 < 2147483647
//false（与事实不符）！Why?
//以下关系表达式结果呢？
int i = -2147483648;
i < 2147483647
//true！Why?
-2147483647-1 < 2147483647
//结果怎样？
/*
理解该问题需要知道：编译器如何处理字面量；高级语言中运算规则；
高级语言与指令之间的对应；机器指令的执行过程；机器级数据的表示和运算；*/
问题二：
sum(int a[ ], unsigned len)
{
int i，sum = 0;
for (i = 0; i <= len–1; i++)
sum += a[i];
return sum;
}
/*
当参数len为0时，返回值应该是0，但是在机器上执行时，却发生访存异常。
但当len为int型时则正常。Why?访问违例地址为何是0xC0000005?*/
/*
理解该问题需要知道：
高级语言中运算规则；机器指令的含义和执行；
计算机内部的运算电路；异常的检测和处理；虚拟地址空间；*/
问题三：
/*
若x和y为int型， 当x=65535时， y=x*x; y的值为多少？
y=-131071。Why？
现实世界中，x2≥0，但在计算机世界并不一定成立。
对于任何int型变量x和y，(x>y) == (-x<-y) 总成立吗？
当x=-2147483648，y任意（除-2147483648外）时不成立，Why？
在现实世界中成立，但在计算机世界中并不一定成立。*/
问题四：
//main.c:
int d=100;
int x=200;
int main()
{
p1( );
printf (“d=%d, x=%d\n”, d, x );
return 0;
}
//p1.c:
double d;
void p1( )
{
d=1.0;
}
/*
打印结果是什么？
d=0，x=1 072 693 248
Why？*/
/*
解该问题需要知道：
机器级数据的表示；变量的存储空间分配;
数据的大端/小端存储方式；链接器的符号解析规则;*/
问题五：
/* 复制数组到堆中，count为数组元素个数*/
int copy_array(int *array, int count) {
int i;
/* 在堆区申请一块内存*/
int *myarray = (int *) malloc(count*sizeof(int));
if (myarray == NULL)
return -1;
for (i = 0; i < count; i++)
myarray[i] = array[i];
return count;
}
//当count=230+1时，，程序会发生什么情况？
/*
当参数count很大时，则count*sizeof(int)会溢出。
如count=230+1时，count*sizeof(int)=4。
堆（heap）中大量数据被破坏！*/
/*
理解该问题需要知道：
乘法运算及溢出；虚拟地址空间；存储空间映射;*/
问题六：
//代码段一：
int a = 0x80000000;
int b = a / -1;
printf(“%d\n”, b);
//运行结果为-2147483648
//代码段二：
int a = 0x80000000;
int b = -1;
int c = a / b;
printf(“%d\n”, c);
//运行结果为“Floating point exception”，显然CPU检测到了溢出异常
//为什么两者结果不同？
/*
objdump反汇编代码,得知除以-1被优化成取负指令neg,故未发生除法溢出；*/
/*
a/b用除法指令IDIV实现，但它不生成OF标志，那么如何判断溢出异常的呢？
实际上是“除法错”异常#DE（类型0）Linux中，对#DE类型发SIGFPE信号*/
/*
理解该问题需要知道：
编译器如何优化；机器级数据的表示；
机器指令的含义和执行；计算机内部的运算电路；除法错异常的处理*/
问题七：
#include <stdio.h>
main()
{
double a = 10;
printf(“a = %d\n”, a);
}
/*
在IA-32上运行时，打印结果为a=0
在x86-64上运行时，打印出来的a是一个不确定值
为什么？*/
/*
IEEE 754 的表示；X87 FPU的体系结构；IA-32和x86-64中过程；
调用的参数传递；计算机内部的运算电路*/
问题八：
double fun(int i)
{
volatile double d[1] = {3.14};
volatile long int a[2];
a[i] = 1073741824; /* Possibly out of bounds */
return d[0];
}
//对于上述C语言函数，i=0~4时，fun(i)分别返回什么值?
fun(0) 3.14
fun(1) 3.14
fun(2) 3.1399998664856
fun(3) 2.00000061035156
fun(4) 3.14, 然后存储保护错
/*
理解该问题需要知道：
机器级数据的表示；
过程调用机制；栈帧中数据的布局*/
问题九：
void copyij (int src[2048][2048],
int dst[2048][2048])
{
int i,j;
for (i = 0; i < 2048; i++)
for ( j = 0; j < 2048; j++)
dst[i][j] = src[i][j];
}
void copyji (int src[2048][2048],
int dst[2048][2048])
{
int i,j;
for ( j = 0; j < 2048; j++)
for (i = 0; i < 2048; i++)
dst[i][j] = src[i][j];
}
//以上两个程序功能完全一样，算法完全一样，因此，时间和空间复杂度完全一样，执行时间一样吗？
//事实是第一段代码比第二段代码快了21倍！
/*
理解该问题需要知道：
数组的存放方式Cache机制；访问局部性*/
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