硬件结构框架

  PC中最重要的三个部件分别是CPU,内存,I/O控制器;基于C或者汇编语言写底层程序时,需要了解这三部分(对于更高级的程序语言,比如java等是基于一个抽象的虚拟机进行编程的,物理机器的相关细节甚至包括操作系统都通过虚拟机进行了屏蔽).

三个部件的组织形式.

  早期的PC,CPU和内存的工作频率基本一致,并且也没有太多的IO设备,所以所有设备通过一条总线挂在一起,如下图:

  后来由于CPU频率不断提升,导致内存频率跟不上CPU的频率,所以产生了和内存频率(即CPU的外频)一样的系统总线,同时图形设备也需要和CPU以及内存进行大量的数据交换.另外相对于这些高速设备还有一些低速设备,比如磁盘,USB等设备.如果这些设备和前面一样直接连接在一条总线上,硬件设计就会很复杂,所以对总线进行了分级设计,就是南北桥设计.南桥用于高速设备,基于PCI结构,北桥用于低速设备,基于ISA结构.如下图:

操作系统

操作系统的作用：

• 管理硬件资源，最大限度的有效利用硬件资源，通过提供进程等机制；
• 为应用程序提供统一的应用程序接口，即API(Application Programming Interface)；
• 屏蔽硬件的差异性；

很多复杂性的工程问题，都可以通过分层的思想来降低复杂度。操作系统也是类似。操作系统和应用软件以及硬件的关系如下图：

发展过程：

• 多道程序，监控硬件资源一旦闲置就启用新的等待程序，缺点是调度策略粗糙；
• 早期的分时系统，程序执行过程中主动让出硬件资源一段时间，供其他程序运行，但这个让出是应用程序主动让出，而不是被动。这是的操作系统只负责让出后，加载新的程序；
• 多任务系统，有了进程和优先级的概念，抢占执行，目前的操作系统都是基于多任务的，比如：Linux，windows NT等。

CPU的大小端模式

大小端模式是CPU的硬件属性，Inter是小端模式，一般嵌入式是大段模式。大段模式和小段模式的CPU，存放数据方式如下：

对于32bit数据0x12345678，的实际存放如上图，16bit数据类似，但是8bit数据没有区别。也就是说：
小端模式，低地址存放低有效位，更符合逻辑；
大段模式，低地址存放高有效位，查看内存更为方便，因为内存低地址在前面。

函数调用过程

IA32中用程序栈来支持函数（过程）调用，栈主要特性是“后进先出”的一个单向队列，只能对栈顶进行操作，数据压入栈顶，弹出栈顶的数据。并且在IA32中，栈顶是低地址，栈底是高地址，esp寄存器永远指向栈顶。如下为一个栈的原始结构：

用pushl %eax，将%eax寄存器中的内容压入栈中（注意pushl是32bit压栈），执行效果如下：

对于上面的单个压栈指令pushl %eax，实际上等同于，下面两条指令：

subl $4,%esp ;栈顶指针%esp = %esp-4
movl %eax,(%esp) ;数据移动

popl出栈指令，与压栈指令的过程刚好相反。