Final Review CS304 Introduc2on to C Why C? Difference - - PowerPoint PPT Presentation

Final ¡Review ¡

CS304 ¡

Introduc2on ¡to ¡C ¡

• Why ¡C? ¡
• Difference ¡between ¡Python ¡and ¡C ¡
• C ¡compiler ¡stages ¡
• Basic ¡syntax ¡in ¡C ¡

Pointers ¡

• What ¡is ¡a ¡pointer? ¡

– declara@on, ¡&, ¡dereference ¡... ¡

• Pointer ¡& ¡dynamic ¡memory ¡alloca@on ¡

– Virtual ¡memory ¡

• Pointer ¡& ¡arrays ¡

– Rela@onship ¡between ¡pointer ¡and ¡array ¡name ¡ – sizeof, ¡strlen... ¡

• Pointer ¡arithme@c ¡

– *(array_ptr++) ¡and ¡(*array_ptr)++ ¡ ¡ – [] ¡and ¡* ¡ – pointers ¡to ¡arrays ¡and ¡array ¡of ¡pointers ¡

Pointers ¡

• Pointer ¡& ¡func@ons ¡

– passing ¡by ¡value ¡& ¡passing ¡by ¡reference ¡ – func@on ¡pointers ¡

• Pointer ¡& ¡structures ¡
• Struct ¡declara@on ¡and ¡defini@on ¡

– #define ¡and ¡typedef ¡ – access ¡struct ¡with ¡pointers ¡ – offsetof ¡ ¡

Introduc2on ¡to ¡Computer ¡Organiza2on ¡

• Three ¡layers ¡in ¡computer ¡system ¡

– soTware/os/hardware ¡

• Hardware ¡organiza@on ¡

– Von ¡Neumann ¡Architecture ¡ – virtual ¡memory ¡and ¡cache ¡hierarchy ¡

• What ¡will ¡happen ¡if ¡we ¡type ¡a ¡linux ¡command ¡

in ¡command ¡line? ¡

Informa2on ¡Representa2on ¡

• Number ¡systems ¡

– Decimal, ¡Binary, ¡Hexadecimal, ¡Octal, ¡base-­‑10 ¡

• Two ¡important ¡limita@ons ¡

– Overflow, ¡accuracy ¡

• Informa@on ¡storage ¡and ¡byte ¡order ¡

– interpreta@on ¡is ¡important ¡ – word ¡size ¡ – byte ¡ – big ¡endian ¡and ¡li^le ¡endian ¡

Integers ¡

• Why ¡low ¡level ¡representa@on? ¡
• B2U, ¡B2T, ¡B2O, ¡B2S ¡

– range ¡& ¡min, ¡max ¡

• Signed ¡vs. ¡unsigned ¡
• Integer ¡opera@ons ¡

– sign ¡extend, ¡trunca@on, ¡addi@on, ¡nega@on, ¡ mul@plica@on, ¡division ¡ – overflow, ¡mul@plica@on ¡by ¡constant, ¡division ¡by ¡power ¡

• f ¡2, ¡rounding ¡

– shiT ¡and ¡bit ¡opera@ons ¡

Floa2ng ¡Point ¡Numbers ¡

• Binary ¡floa@ng ¡point ¡ ¡
• IEEE-­‑754 ¡format ¡

– single ¡precision: ¡ ¡

• 1[31]-­‑sign, ¡8[30-­‑23]-­‑exponent, ¡23[22-­‑0]-­‑frac@on, ¡127-­‑bias ¡ ¡
• Normalized ¡& ¡special ¡values ¡

– 0, ¡subnormal ¡(de-­‑normalized), ¡+/-­‑infinity, ¡NaN ¡ – bias, ¡hidden ¡bit ¡

• Range ¡and ¡precision ¡
• Rounding, ¡cas@ng, ¡special ¡opera@ons ¡

Assembly ¡Programming: ¡Y86 ¡

• Introduc@on ¡to ¡assembly ¡programming ¡

– Why ¡assembly ¡code? ¡ – Opera@ons ¡and ¡visible ¡states ¡in ¡assembly ¡ programming ¡ – Concept ¡of ¡ISA ¡and ¡CPU ¡cycle ¡

• Introduc@on ¡to ¡Y86 ¡

– Visible ¡states ¡in ¡Y86, ¡registers, ¡memory, ¡cc, ¡PC, ¡ program ¡status ¡

Assembly ¡Programming: ¡Y86 ¡

• Y86 ¡instruc@ons ¡

– assembler ¡direc@ves ¡ – status ¡condi@ons ¡and ¡excep@ons ¡ ¡ – instruc@ons ¡(opera@ons, ¡branches, ¡and ¡moves) ¡ – stack ¡opera@ons ¡ – subrou@ne ¡call/return ¡

• Y86 ¡encoding ¡
• Y86 ¡instruc@on ¡execu@on ¡

Assembly ¡Programming: ¡IA32 ¡

• Introduc@on ¡to ¡IA32 ¡

– RISC ¡and ¡CISC ¡(Y86 ¡R ¡or ¡C, ¡IA32 ¡R ¡or ¡C?) ¡ ¡ – IA32 ¡visible ¡states ¡

• IA32 ¡opera@ons ¡

– Data ¡movement ¡ ¡

• addressing ¡modes: ¡absolute, ¡indirect, ¡base+displacement, ¡and ¡indexed ¡
• suffix: ¡extend ¡and ¡truncate ¡

– Stack ¡and ¡func@on ¡opera@ons ¡

• basic ¡stack ¡push ¡and ¡pop; ¡func@on ¡call ¡and ¡return ¡
• how ¡to ¡maintain ¡the ¡stack ¡frame ¡for ¡procedure ¡calls ¡
• register ¡usage ¡conven@ons ¡
• recursive ¡procedures ¡

Assembly ¡Programming: ¡IA32 ¡

• IA32 ¡opera@ons ¡(con@nue) ¡

– Arithme@c ¡and ¡logic ¡opera@ons ¡

• LEA! ¡

– Compare ¡and ¡jump ¡

• control ¡flow ¡and ¡data ¡flow ¡
• cc ¡and ¡how ¡to ¡set ¡cc: ¡cmp ¡and ¡test ¡
• how ¡to ¡use ¡cc: ¡set, ¡jmp ¡and ¡cmov ¡
• control ¡structures: ¡select, ¡loop, ¡switch ¡(jump ¡table) ¡ ¡

Assembly ¡Programming: ¡IA32 ¡

• IA32 ¡instruc@on ¡encoding ¡

– general ¡format ¡ – ModR/M ¡ – SIB ¡part ¡(no@ce ¡the ¡endian ¡problem) ¡

• Array ¡and ¡structures ¡alloca@on ¡and ¡access ¡

– rela@onship/conversion ¡between ¡c ¡and ¡IA32 ¡ – Data ¡alignment ¡issue ¡

Cache ¡

• Concept ¡of ¡memory ¡hierarchy ¡

– Why ¡we ¡design ¡memory ¡hierarchy? ¡ – Data ¡locality: ¡spa@al ¡and ¡temporal ¡

• Concept ¡of ¡cache ¡

– mapping ¡and ¡replacement ¡ – cache ¡hit ¡and ¡cache ¡miss ¡

• cold ¡miss, ¡conflict ¡miss ¡and ¡capacity ¡miss ¡

– loca@on ¡of ¡the ¡cache ¡in ¡the ¡computer ¡organiza@on ¡

Cache ¡

• Cache ¡organiza@on ¡

– C ¡= ¡S ¡* ¡E ¡* ¡B ¡ – tag/set/block ¡ – direct-­‑mapped ¡and ¡E-­‑way ¡set ¡associa@ve ¡cache ¡

• Cache ¡write ¡

– write-­‑through ¡+ ¡no-­‑write-­‑allocate ¡ – write-­‑back ¡+ ¡write-­‑allocate ¡

• Trade-­‑offs ¡in ¡cache ¡design ¡

– cache ¡size, ¡block ¡size, ¡set ¡associa@ve, ¡and ¡write ¡polity ¡

• Cache ¡performance ¡metrics ¡

– Miss ¡rate, ¡hit ¡@me, ¡miss ¡penalty ¡

Cache ¡

• Cache ¡and ¡code ¡op@miza@on ¡

– focus ¡on ¡the ¡kernel, ¡especially ¡inner-­‑loop ¡of ¡the ¡kernel ¡ – improve ¡temporal ¡locality ¡and ¡spa@al ¡locality ¡

• memory ¡mountain ¡

– read ¡throughput/bandwidth ¡ – stride ¡à ¡spa@al ¡locality ¡ – size ¡à ¡temporal ¡locality ¡

• matrix ¡mul@plica@on ¡

– loop ¡interchange/permuta@on/rearranging ¡à ¡spa@al ¡ locality ¡ – matrix ¡blocking/@ling ¡à ¡temporal ¡locality ¡

Exam ¡format ¡

• True ¡or ¡false ¡(10 ¡pts) ¡

– Ex. ¡IA32 ¡belongs ¡to ¡CISC ¡

• Mul@ple ¡choice ¡(10 ¡pts) ¡

– basic ¡concepts ¡

• Short ¡answer ¡(20 ¡pts) ¡

– instruc@on ¡encoding ¡and ¡instruc@on ¡execu@on ¡ – code ¡reading/wri@ng ¡

• Code ¡evalua@on ¡(60 ¡pts) ¡

– code ¡reading, ¡explain ¡and ¡fill ¡in ¡blanks ¡ – conversion ¡between ¡C ¡and ¡Y86 ¡(or ¡IA32) ¡ – cache ¡impact ¡on ¡program ¡performance ¡

• Extra ¡bonus ¡(10 ¡pts) ¡

– code ¡op@miza@ons ¡with ¡computer ¡organiza@on ¡knowledge ¡

Sugges2ons ¡

• slides! ¡
• textbook! ¡
• Labs ¡& ¡HWs! ¡
• “reading ¡assignments” ¡and ¡“self-­‑study” ¡contents ¡on ¡
• ur ¡website ¡
• Prac@ce ¡problems ¡on ¡our ¡website ¡
• Don’t ¡forget ¡to ¡prepare ¡for ¡a ¡le^er-­‑size ¡double-­‑side ¡

cheat ¡sheet ¡(must ¡contain: ¡Y86/IA32 ¡encoding) ¡

• Please ¡take ¡our ¡course ¡evalua@on ¡whenever ¡you ¡

have ¡@me ¡before ¡April ¡28th. ¡

Thanks ¡for ¡taking ¡this ¡class, ¡and ¡good ¡ luck ¡with ¡all ¡your ¡finals! ¡