什么是最低级别的数据结构？

Question

我再次观看了一场SICP讲座，其中Sussman演示了如何使用Scheme cons car和cdr来实现方案。

它是这样的：

(define (cons x y)
  (lambda (m) (m x y)))

(define (car z)
  (z (lambda (p q) p)))

这让我思考;令人兴奋的是数据结构？创建语言时，数据结构是作为程序构建的抽象实现的吗？如果它们只是由程序组成，那么最低级别的程序是什么？

我想我想知道的是抽象链底部的东西（除非它恰好是抽象的一直向下）。它在什么时候变成了硬件？

Answer 1

诀窍是你不必关心。 cons，cdr和car是抽象，因此它们的基础实现无关紧要。

你所拥有的是所谓的“教会对”，我们从功能构建一切。在现代机器中，我们从1和0的字符串构建所有内容，但实际上，它并不重要。

现在，如果您想知道所有这些抽象是如何在您的特定实现中实现的，那取决于。很可能你的编译器/互操作者在幕后跳过箍，将cons个单元分配为紧密排列的指针（或类似的），并将你的函数转换为0和1的字符串，形成适当的机器代码并配对指向其环境的指针。

但就像我说的那样，构建这些抽象的整体美妙之处在于你不必像用户那样关心：）

Answer 2

抽象链底部的基板因硬件而异，但它可能是某种寄存器机器，它将具有某种本机指令集。

SICP＆＃39; last chapter就是这一层。这本书并没有提供任何真实的硬件，但是一个抽象的（ ahem turtles！）注册机器，它有点类似于实际可能发生的事情...这恰好是模仿的计划，只是为了额外的metacircular乐趣。我觉得这很难读，但值得。

如果您对此类内容感兴趣，也可以查看Knuth。

Answer 3

抽象链存在几个底部。根据基础任务，计算机科学家可以选择一个更适合的任务。最常见的是Turing Machine和Lambda Calculus。

Answer 4

很酷的问题！

每当有人将其交给对处理器（CPU）的调用时，它就变成了硬件。如果你必须阅读芯片制造商的手册以了解如何做你想做的事，那么你在你描述的水平上。

chipset http://www.micro-examples.com/pics/087-PIC16-SECRET-OPCODE-instructionset.JPG

以下是从物理到硬件到代码到用户的路径的概述：http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-002-circuits-and-electronics-spring-2007/video-lectures/lecture-1/虽然我不认为这与lambda演算有关。 （但你只是说这是启发这个问题的原因 - 这本身不是问题，对吗？）

编写语言的人必须与处理器指令接口，例如https://en.wikipedia.org/wiki/X86_instruction_listings || https://en.wikipedia.org/wiki/X86_calling_conventions

查看kernel programming或考虑嵌入式系统（在微波炉，飞机机翼上），ARMs或移动设备 - 这些是人们编程的非笔记本电脑的东西芯片组。

编写BLAS（线性代数求解器库）的人有时会达到这个细节水平。例如https://en.wikipedia.org/wiki/Math_Kernel_Library或https://en.wikipedia.org/wiki/Automatically_Tuned_Linear_Algebra_Software。当他们说BLAS被“调整”时他们的意思是什么？他们谈论的是嗅出有关处理器的事实，并改变内部 - 内部循环决定如何通过物理配置的方式浪费更少的时间。

如果我没记错的话，高级编程语言（如C;））不会假设它们将运行在哪个系统上，因此它们会使得不可知的调用运行速度比它们运行时慢10倍†他们提前知道要拨打哪种电话。每一个。时间。这种事情可能会让你疯狂，但这是技术人员时间与最终用户表现的经典工程权衡。我想如果你成为一个内核程序员或嵌入式系统程序员，你可以帮助结束全球计算机上所有浪费的时钟周期 - 处理器越来越热，因为他们浪费了很多毫无意义的来回。 （尽管世界上发生的事情明显更糟。）

†：我刚刚快速搜索了BLAS的加速比是多少，是的，它可能是15或20的因素。所以我不认为我夸大/错误记录了我所听到的浪费运动。顺便说一句，在发电方面也有类似的事情：发电的最后一步（涡轮机）只有20％的效率。不是所有的浪费只会让你发疯吗？！是时候成为一名工程师了。 ;）

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您可以查看的一个很酷的项目是MenuetOS;有人在汇编程序中编写了一个操作系统。

更值得关注的可能是this guy，他们认为学习x86汇编语言实际上非常简单有趣。 （！）

punch card programmer http://blog.iqsdirectory.com/wp-content/uploads/files/punch-card%20operator.jpg

当软件和硬件之间的距离较短时（例如，使用穿孔卡编程），您也可以回顾过去的日子。值得庆幸的是，人们写的“高级”语言更像是人们说话和思考的方式，而不像移动一些磁带。数据结构可能不是日常会话中最明显的事情，但它们比[lists a sequence of GOTO and STORE instructions...]更抽象。

HTH