深入浅出计算机组成原理学习笔记：第五讲

一、在软硬件接口中，CPU帮我们做了什么事情

1、从硬件角度看CPU

2、软件工程师看CPU

3、不同的cpu能听懂的语言不太一样

4、不同的指令无法相通

5、存储程序型计算机

一台IBM的Plugboard

 

二、从编译到汇编，代码怎么变成机器码？

1、C 语言程序程序案例

1、我们拿一小段真实的 C 语言程序来看看。

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

2、要让这段程序在一个 Linux 操作系统上跑起来，我们需要把整个程序翻译成一个汇编语言

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1 2	[root@luoahong c]# gcc -g -c test.c [root@luoahong c]# objdump -d -M intel -S test.o

3、在一个 Linux 操作系统上，我们可以简单地使用 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。

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[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

2、为什么需要汇编代码呢？

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

为什么还需要汇编代码呢？原因很简单，你看着那一串数字表示的机器码，是不是摸不着头脑？但是即使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。因为汇编代码其实就是“给程序员看的机器码”，也正因为这样，机器码和汇编代码是一一对应的。

3、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，就是一个日常开发程序，最终变成了 CPU 可以执行的计算机指令的过程。

三、解析指令和机器码

1、常见指令

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

 

2、MIPS的指令

 

 为了读起来方便，我们一般把对应的二进制数，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。

回到开头我们说的打孔带。如果我们用打孔代表 1，没有打孔代表 0，用 4 行 8 列代表一条指令来打一个穿孔纸带，那么这条命令大概就长这样：

 

四、总结和延伸

到这里，想必你也应该明白了，我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，不是通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。

但是整个程序运行的逻辑和其他 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，我们看到了一个 C 语言程序，是怎么被编译成为汇编语言，乃至通过汇编器再翻译成机器码的。

 

除了 C 这样的编译型的语言之外，不管是 Python 这样的解释型语言，还是 Java 这样使用虚拟机的语言，其实最终都是由不同形式的程序，把我们写好的代码，转换成 CPU 能够理解的机器码来执行的。

 

只是解释型语言，是通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肯定是不够的。接下来的几节，我会深入讲解，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