计算机基础补完计划 - 自学计算机科学相关课程。此部分为深入理解计算机系统及相关视频课程的学习笔记。
1. Preliminaries
CPU和内存之前有较大的带宽，所有组件通过总线相连。
数据会从内存复制到寄存器和指令缓存，经过处理后，数据再从寄存器复制到内存的对应位置。
计算机的性能不止取决于CPU的时钟频率，同时也受到数据和指令加载的速度限制，因此有两个提高性能的思路，一是增加带宽，提高一次读取的数据量，二是在CPU中设置缓存。
数据用二进制表示时，在电子元件层面也很容易表示，例如按照时钟频率，0-0.5v认为是0，2.8-3.3v认为是1，这样可以在有噪声和不精确（inaccurate）的介质中可靠传输。
2. Representing information as bits and bytes
从二进制比特编码为数据（整数如何表示）
八位比特编为一个字节，取值0-255，可以被表示为2位十六进制数。
[进制转换、十六进制的相关内容，略]
内存如何组织（如何寻址数据）
内存中的每个字节都有一个地址，从000··0到FFF··F，取决于所用机器的字长，如32位系统或64位系统。机器的字长也决定了系统内存的最大容量（32位 -> 4G）
程序中的数据组织，放置在内存的实际位置，取决于编译器和运行时系统（Runtime system）
面向字的内存组织（Word-Oriented Memory Organization)，不同字长的所有体系，均有统一的策略（Uniform poicy），即将字的第一个字节所在的位置定义为其地址。
3. Organizing and addressing data in memory
[指针相关内容：指针，地址，指针存在特定地址，指针指向的地址]
一个地址储存的数据到底是指针还是数字，取决于如何解释它（Interpret）。
多字节的字中，字节的顺序如何对应？大端对齐（Big-endian）和小端对齐（little-endian）
0x12345678
大端对齐 0x100 0x101 0x102 0x103 12 34 56 78 小端对齐 0x100 0x101 0x102 0x103 78 56 34 12
X86架构使用了小端对齐的方式。考虑到字长的变化后，小端对齐更利于迁移（可以直接在短的字长后面加0，而不需要移动原有数据的位置。
4. Manipulating data in memory using C
[C语言中指针的定义、使用，略]
C语言中的*意为反引用（Dereference），表明该变量不被直接使用，而是使用其指向的内存地址。
[C语言中数组与指针的关系，略]
// 简单的指针与数组知识点测试
int big_array[128];
int *array_ptr;
array_ptr = big_array;
array_ptr = &big_array[0];
array_ptr = &big_array[3];
array_ptr = &big_array[0] + 3;
array_ptr = big_array + 3;
*array_ptr = *array_ptr + 1;
array_ptr = &big_array[130];
数组就是指向数组内第一个元素的指针，所以数组的第一个元素就是数组名指向的位置ptr[i] == (ptr + 0)，这也是数组索引从0开始的原因。
[C语言的字符串表示，略]
5. Boolean algebra and bit-level manipulations
De Morgan’s Law: $$ \sim(A | B) = \sim A & \sim B $$ [布尔类型操作，数字作为布尔序列参与计算（位运算）]
bitwise complement <==> Logic Operation
// 防空指针
p && *p++;
用位向量(Bit vectors)来表示集合（Sets）
011010012 -> {1,2,4,7}
因此可以用位运算来进行集合操作。