公式、指令与性能速查

公式表

信息表示、地址、链接、ISA、处理器、存储、内核、I/O、并发、网络与性能的条件化速查。

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符号说明: x mod 2^w；S+A-P；EA；T=IC·CPI/f；AMAT；PA；happens-before；Amdahl；N=X·R
使用前提: 完成对应章节状态轨迹和代码实验。
适用范围: 复算与反查；不得脱离位宽、ABI、单位、权限、事件顺序和观察窗机械套用。

计算机系统公式、指令与性能速查

信息与地址

w位无符号整数按模 $2^{w}$ 运算；w位补码范围 $[- 2^{w - 1}, 2^{w - 1} - 1]$ 。
字段提取：(x >> shift) & mask。结构体偏移先按字段对齐，总长再按最大对齐补齐。
数组地址：base + index*sizeof(T)；虚实地址翻译： $P A = P F N \times p a g e S i z e + o f f se t$ 。
IEEE 754正规数： $(- 1)^{s} (1. f) 2^{e - bia s}$ ；计算必须声明格式和舍入方式。

编译、链接、ISA与ABI

PC相对重定位常见形式 $S + A - P$ ；具体类型以目标格式定义为准。
常见指令作用分为数据传送、算术逻辑、控制转移、过程调用与特权入口；先写读集合、写集合和PC变化。
调用约定必须区分参数/返回寄存器、caller-saved、callee-saved、栈对齐与返回地址。
有效地址常写作 $E A = ba se + in d e x \times sc a l e + d i s pl a ce m e n t$ ，但可用形式由ISA限制。

处理器与存储

CPU时间 $T = I C \times C P I / f$ ；流水线周期 = 理想周期 + 停顿 + 冲刷。
Cache地址拆为tag/index/offset；直接映射组号 = block mod sets。
$A M A T = T_{1} + m_{1} P_{1}$ ，多级时把下一层平均代价递归代入；命中率观察窗必须一致。
TLB未命中只意味着需页表遍历，不等于缺页；权限检查和present状态要单列。

内核、I/O、并发与网络

系统调用与异常路径按保存—切换权限—处理—恢复记账；进入内核不必然切换进程。
WAL要求日志先于数据稳定；write成功不等于介质持久化。
happens-before约束可见顺序；原子变量只保证声明的原子操作，不自动保护多变量不变量。
包载荷不超过MTU减首部；重试需处理重复，幂等键必须绑定业务操作身份。

性能诊断

Amdahl： $S = 1/ ((1 - p) + p / s)$ ；Little： $N = X \times R$ ，只用于稳定观察窗。
从工作负载、基线、指标、首个偏差、假设、干预、回归七项组织证据。
平均值不能替代分位数；吞吐改善也不能自动推出尾延迟改善。