深刻淺出計算機組成原理學習筆記：第五講

1、在軟硬件接口中，CPU幫咱們作了什麼事情

一、從硬件角度看CPU

二、軟件工程師看CPU

三、不一樣的cpu能聽懂的語言不太同樣

四、不一樣的指令沒法相通

五、存儲程序型計算機

一臺IBM的Plugboard

 

2、從編譯到彙編，代碼怎麼變成機器碼？

一、C 語言程序程序案例

一、咱們拿一小段真實的 C 語言程序來看看。

[root@luoahong c]# cat test.c 
int main()
{
  int a = 1; 
  int b = 2;
  a = a + b;
}

二、要讓這段程序在一個 Linux 操做系統上跑起來，咱們須要把整個程序翻譯成一個彙編語言

[root@luoahong c]# gcc -g -c test.c
[root@luoahong c]# objdump -d -M intel -S test.o

三、在一個 Linux 操做系統上，咱們能夠簡單地使用 gcc 和 objdump 這樣兩條命令，把對應的彙編代碼和機器碼都打印出來。

[root@luoahong c]# objdump -d -M intel -S test.o

test.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000000000 <main>:
int main()
{
   0:	55                   	push   rbp
   1:	48 89 e5             	mov    rbp,rsp
  int a = 1; 
   4:	c7 45 fc 01 00 00 00 	mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x1
  int b = 2;
   b:	c7 45 f8 02 00 00 00 	mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x2
  a = a + b;
  12:	8b 45 f8             	mov    eax,DWORD PTR [rbp-0x8]
  15:	01 45 fc             	add    DWORD PTR [rbp-0x4],eax
}
  18:	5d                   	pop    rbp
  19:	c3                   	ret    

二、爲何須要彙編代碼呢？

咱們實際在用 GCC（GUC 編譯器套裝，GUI CompilerCollectipon）編譯器的時候，能夠直接把代碼編譯成機器碼呀，

爲何還須要彙編代碼呢？緣由很簡單，你看着那一串數字表示的機器碼，是否是摸不着頭腦？可是即便你沒有學過彙編代碼，

看的時候多少也能「猜」出一些這些代碼的含義。由於彙編代碼其實就是「給程序員看的機器碼」，也正由於這樣，機器碼和彙編代碼是一一對應的。

三、從高級語言—彙編代碼—機器碼

 

從高級語言到彙編代碼，再到機器碼，就是一個平常開發程序，最終變成了 CPU 能夠執行的計算機指令的過程。

3、解析指令和機器碼

一、常見指令

你可能一會兒記不住，或者對這些指令的含義還不能一會兒掌握，這裏我畫了一個表格，給你舉例子說明一下，幫你理解、記憶。

 

二、MIPS的指令

 

 爲了讀起來方便，咱們通常把對應的二進制數，用 16 進製表示出來。在這裏，也就是0X02324020。這個數字也就是這條指令對應的機器碼。

回到開頭咱們說的打孔帶。若是咱們用打孔表明 1，沒有打孔表明 0，用 4 行 8 列表明一條指令來打一個穿孔紙帶，那麼這條命令大概就長這樣：

 

4、總結和延伸

到這裏，想必你也應該明白了，咱們在這一講的開頭介紹的打孔卡，其實就是一種存儲程序型計算機。

 

只是這整個程序的機器碼，不是經過計算機編譯出來的，而是由程序員，用人腦「編譯」成一張張卡片的。對應的程序，也不是存儲在設備裏，而是存儲成一張打好孔的卡片。

可是整個程序運行的邏輯和其餘 CPU 的機器語言沒有什麼分別，也是處理一串「0」和「1」組成的機器碼而已

 

這一講裏，咱們看到了一個 C 語言程序，是怎麼被編譯成爲彙編語言，乃至經過彙編器再翻譯成機器碼的。

 

除了 C 這樣的編譯型的語言以外，不論是 Python 這樣的解釋型語言，仍是 Java 這樣使用虛擬機的語言，其實最終都是由不一樣形式的程序，把咱們寫好的代碼，轉換成 CPU 可以理解的機器碼來執行的。

 

只是解釋型語言，是經過解釋器在程序運行的時候逐句翻譯，而 Java 這樣使用虛擬機的語言，則是由虛擬機對編譯出來的中間代碼進行解釋，或者即時編譯成爲機器碼來最終執行。

然而，單單理解一條指令是怎麼變成機器碼的確定是不夠的。接下來的幾節，我會深刻講解，包含條件、循環、函數、遞歸這些語句的完整程序，是怎麼在 CPU裏執行的