一从hello world说起
The only way to learn a new programming language is by writing programs in it.The first program to write is the same for all languages:
Print the words
Hello, world
——《TCPL》
这是TCPL开篇的一句话，那么作为博客的开篇，就从这个对于学习所有计算机语言的统一入口——hello world程序说起。
首先是这个程序的C语言实现
#include <studio.h>
int main()
{
printf("hello,world\n");
}
我们按照C语言的要求，将上述内容保存在名为hello.c的文件中。这就是——源代码文件。
我们知道计算机只能识别0和1这两种字符，那计算机如何执行我们编写的程序呢？
对于C语言而言，我们在用文本编辑器编写程序时，写下的是字符序列，而序列中的每一个字符，都有一个对应的编码。以最基本的ASCII编码来讲，上述程序的第一个字符”#”，其二进制表示为00100011，即ASCII码中的35，用16进制表示为23。按照这种方式，将所有的程序字符，都翻译一遍，就是如下这个样子：
如果计算机要执行我们用C语言编写的源文件，就需要按照上面的方式，将字符序列转换为由0和1组成的bit序列。这样的序列，就是程序员的祖师们所采用的编程方式。
幸好，我们已经有了C这样的“高级”计算机语言，编写程序的效率和程序的可读性，都大大提高。我们现在编写程序，几乎无需关心高级语言怎么转化为低级语言或者机器语言。那些工作都由“编译器驱动程序”去处理。那么C语言编译驱动程序到底做了哪些工作呢？我们这里先给出一个大致的步骤：C语言->汇编语言->二进制文件。
二谈谈计算机的硬件
下面我们谈谈计算机的硬件:
1主板芯片组：有的主板芯片组分为南桥（SB）和北桥（NB），
北桥主要负责与CPU的联系，控制内存，有的还提供集成的显示核心。
南桥主要负责I/O总线之间的通信，如PCI总线，USB，LAN，音频等。
现在的很多主板都没有北桥了，北桥的内存控制功能和集成显卡功能都由CPU来处理。
2总线：总线是计算机各个部件之间通讯的线路，他是cpu，内存，输入设备，输出设备传递信息的公用通道，计算机的各种设备通过接口与总线连接，从而可以相互通讯。
3I/O设备：常见的I/O设备有：键盘，鼠标，显示器，硬盘（磁盘驱动器）。
4内存：内存是由一组DRAM芯片组成的，逻辑上可以看做一个一维字节数组，每个字节都有唯一的地址（数组索引），这些地址从0开始，内存的容量，即这个数组的索引范围。
5cpu：cpu是解释或执行存储在内存中的指令的引擎。它的核心是程序计数器（PC）。
从计算机通电开始，CPU就从程序计数器指向的内存地址读取指令，解释指令，并按照指令的要求执行简单操作。然后由算术逻辑单元（ALU）计算新的数据和地址，并更新程序计数器指向下一条指令。重复这个动作，计算机则运转起来。
三程序与硬件的结合
说完了硬件，我们继续回来说hello world，我们要执行一个C语言，要先对其进行编译生成可执行文件，然后通过一个控制台（Shell）中输入 ./hello，然后点击回车，这时控制台上会打印出hello world。
我们放慢速度，详细说一下这个过程都发生了什么：
1我们通过键盘，输入”./hello”字符
2点击回车，这是一个不可见的字符，shell在接收到这个字符后，就会将我们输入的字符，通过总线，逐一读取到寄存器，然后再通过总线将字符存放到存储器。
3接下来shell会判断本行输入的内容，是否是shell中的内置命令，如果是内置命令则按照内置命令来执行；如果不是，就会在硬盘对应的目录中寻找一个符合名称的可执行文件。
4在找到文件后，会通过一系列指令，将硬盘上的这个文件的代码和数据拷贝到内存中。
5此时，PC会指向这段程序的开始位置的地址，然后CPU读取程序二进制指令，然后按照指令执行。这些指令将”hello, world\n”从内存拷贝到寄存器文件，然后从寄存器文件拷贝到显示设备（显示器），这样我们在屏幕上就能看到打印的字符了。当然，这些字符在计算机实际存储的是由0和1组成的序列，只是在显示的时候，通过点阵形成了自然语言的字符的图形。
由此可见，即使是最基本的hello world程序，要想执行，也会调用计算机的各种硬件设备。
四存储的层次结构
为了提高计算机的性能，在cpu的寄存器和内存之间，又增加了“高速缓存”。根据其速度和容量，又分一级缓存（L1），二级缓存（L2）以及三级缓存（L3）。
按照这种存储器的分层思想，可以形成如下的金字塔结构。
五操作系统
刚才我们谈到，计算机调度各种硬件来实现hello world程序的执行，并不是由应用程序直接控制的，而是通过操作系统来统一控制的。
操作系统有两个基本功能：
1防止硬件被应用程序滥用；
2对硬件的控制，提供简单一致的方法。
操作系统有如下一些抽象概念：进程，线程，虚拟存储器，文件。
下面逐一做简单介绍：
进程：是操作系统对运行程序的一种抽象，操作系统保存进程运行的所有信息（上下文）。并通过上下文切换，实现进程的交错执行。
线程：进程内部可以包含多个称为线程的执行单元，线程之间可以更高效的传递信息。
虚拟存储器：每个进程都有其可以控制的一块独占的内存区域。这块独占的内存，就叫虚拟存储器，它由这样几个区组成。
1程序代码和数据
2运行时堆
3共享库
4用户栈
5内核虚拟存储器
文件：文件就是字节序列，每个I/O设备都可以看成是文件。
通过操作系统与计算机硬件相互结合，实现了应用程序的执行。
六总结
最后总结一下：我们通过一段由C语言编写的hello world程序，来分析计算机都做了什么工作。而这个过程，就是计算机系统工作的过程。
由此，我们得到了计算机系统的概念：计算机系统是由硬件和系统软组成的，它们共同协作，以运行应用程序，从而使计算机为人服务。
