深刻浅出计算机组成原理学习笔记：第五讲

1、在软硬件接口中，CPU帮咱们作了什么事情

一、从硬件角度看CPU

二、软件工程师看CPU

三、不一样的cpu能听懂的语言不太同样

四、不一样的指令没法相通

五、存储程序型计算机

一台IBM的Plugboard

 

2、从编译到汇编，代码怎么变成机器码？

一、C 语言程序程序案例

一、咱们拿一小段真实的 C 语言程序来看看。

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

二、要让这段程序在一个 Linux 操做系统上跑起来，咱们须要把整个程序翻译成一个汇编语言

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

三、在一个 Linux 操做系统上，咱们能够简单地使用 gcc 和 objdump 这样两条命令，把对应的汇编代码和机器码都打印出来。

[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、为何须要汇编代码呢？

咱们实际在用 GCC（GUC 编译器套装，GUI CompilerCollectipon）编译器的时候，能够直接把代码编译成机器码呀，

为何还须要汇编代码呢？缘由很简单，你看着那一串数字表示的机器码，是否是摸不着头脑？可是即便你没有学过汇编代码，

看的时候多少也能“猜”出一些这些代码的含义。由于汇编代码其实就是“给程序员看的机器码”，也正由于这样，机器码和汇编代码是一一对应的。

三、从高级语言—汇编代码—机器码

 

从高级语言到汇编代码，再到机器码，就是一个平常开发程序，最终变成了 CPU 能够执行的计算机指令的过程。

3、解析指令和机器码

一、常见指令

你可能一会儿记不住，或者对这些指令的含义还不能一会儿掌握，这里我画了一个表格，给你举例子说明一下，帮你理解、记忆。

 

二、MIPS的指令

 

 为了读起来方便，咱们通常把对应的二进制数，用 16 进制表示出来。在这里，也就是0X02324020。这个数字也就是这条指令对应的机器码。

回到开头咱们说的打孔带。若是咱们用打孔表明 1，没有打孔表明 0，用 4 行 8 列表明一条指令来打一个穿孔纸带，那么这条命令大概就长这样：

 

4、总结和延伸

到这里，想必你也应该明白了，咱们在这一讲的开头介绍的打孔卡，其实就是一种存储程序型计算机。

 

只是这整个程序的机器码，不是经过计算机编译出来的，而是由程序员，用人脑“编译”成一张张卡片的。对应的程序，也不是存储在设备里，而是存储成一张打好孔的卡片。

可是整个程序运行的逻辑和其余 CPU 的机器语言没有什么分别，也是处理一串“0”和“1”组成的机器码而已

 

这一讲里，咱们看到了一个 C 语言程序，是怎么被编译成为汇编语言，乃至经过汇编器再翻译成机器码的。

 

除了 C 这样的编译型的语言以外，不论是 Python 这样的解释型语言，仍是 Java 这样使用虚拟机的语言，其实最终都是由不一样形式的程序，把咱们写好的代码，转换成 CPU 可以理解的机器码来执行的。

 

只是解释型语言，是经过解释器在程序运行的时候逐句翻译，而 Java 这样使用虚拟机的语言，则是由虚拟机对编译出来的中间代码进行解释，或者即时编译成为机器码来最终执行。

然而，单单理解一条指令是怎么变成机器码的确定是不够的。接下来的几节，我会深刻讲解，包含条件、循环、函数、递归这些语句的完整程序，是怎么在 CPU里执行的