20135220谈愈敏Blog1_计算机是如何工作的

计算机是如何工作的

存储程序计算机工作模型

冯诺依曼体系结构

从硬件角度来看：CPU和内存，由总线连接，CPU中有一个名为IP的寄存器，总是指向内存的某一块：CS，代码段，执行命令时就取IP指向的一条指令，然后IP自加1，就指向下一条指令。

从程序员角度来看：即存储程序计算机，内存存储数据和指令，CPU就是一个for循环，总是在执行下一条指令，CPU负责解释和执行这些指令。

CPU如何识别这些指令？

定义API：程序员与计算机的接口界面
ABI：程序与CPU的接口界面，二进制指令编码，只涉及汇编指令。

IP可被CALL,RET,JMP指令修改。

X86汇编基础

CPU寄存器

通用寄存器+段寄存器+标志寄存器

加E：32位 加R：64位

汇编指令

mov指令：b,w,l,q分别代表8位，16位，32位，64位

寻址方式：寄存器寻址，立即数寻址，直接寻址，间接寻址，变址寻址

汇编指令：push,pop,call,ret

程序员不能直接修改EIP寄存器

汇编一个简单的C程序分析其汇编指令执行过程

实验过程

源代码：

int g(int x)
{
  return x + 3;
}
 
int f(int x)
{
  return g(x);
}
 
int main(void)
{
  return f(8) + 1;
}

实验代码中将函数名稍作更改，以防和他人雷同，如下：

使用gcc命令编译成汇编语言：gcc –S –o main.s main.c -m32

打开汇编代码如下：

整理汇编文件：删除gcc产生代码中以"."开头的编译器指令后得到的汇编代码：

add:
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
movl 8(%ebp), %eax 
addl $3, %eax 
popl %ebp 
ret
call:
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
subl $4, %esp
movl 8(%ebp), %eax
movl %eax, (%esp)
call add 
leave 
ret
main:
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
subl $4, %esp
movl $8, (%esp)   
call call 
addl $1, %eax 
leave
ret

相应帧栈图分析：

总结

计算机是如何工作的？首先了解了冯诺依曼体系结构，即存储程序计算机，是CPU和内存之间的一个搭配工作，内存存储数据和指令，CPU就取出来执行，CPU中也有一些特殊的寄存器，存储特殊值以完成自己相应的工作，例如eip一直指向下一条将要执行的指令的地址。其实计算机是要先将程序代码汇编成汇编代码，然后是形成2进制机器代码执行，可以理解为程序员和计算机的交流。总之计算机中每个部件都有自己的分配，在一步一步有条不紊的进行工作。