计算机基础2

小卡斯蒂
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第三讲：程序开发和执行过程简介

机器语言编写程序，十分麻烦

因为要记住各个01数据的含义

因此，使用汇编语言开发程序

  • 用助记符表示操作码
  • 用标号表示位置
  • 用助记符表示寄存器

用汇编语言编写的优点是:

  • 不会因为增减指令而需要修改其他指令
  • 不需记忆指令编码，编写方便
  • 可读性比机器语言强

原理:用汇编程序将汇编语言转换为机器语言

image.png 左边为机器语言，右图为汇编语言

汇编语言程序由汇编指令构成

汇编指令:用助记符和标号来表示的指令(与机器指令一一对应)

指令:

  • 包含操作码和操作数或其地址码(机器指令用二进制表示,汇编指令用符号表示)

  • 只能描述∶取（或存一个数)

    两个数加(或减、乘、除、、或等)

    根据运算结果判断是否转移执行

    下图为一些指令

image.png 但是，用汇编语言编写程序还是十分麻烦

用高级语言开发程序

但最终都是转换成机器语言程序

有两种转换方式:"编译" 和 "解释"

编译程序(Complier):将高级语言源程序转换为机器级目标程序，执行时只要启动目标程序即可 解释程序(Interpreter ):将高级语言语句逐条翻译成机器指令并立即执行，不生成目标文件。

下图是GCC+Linux平台处理hello.c源程序的过程

image.png 数据经常在各存储部件间传送，因此大多采用缓存技术

所有过程都是在CPU执行指令所产生的控制信号的作用下进行的。

不同层次语言之间的等价交换

image.png

开发和运行程序需要什么支撑

image.png

第四讲计算机系统层次结构

早期计算机系统的层次

第一代:机器语言编程

image.png 第二代:汇编语言编程

image.png 现代:高级语言编程

image.png 语言处理系统包括:各种语言处理程序（如编译、汇编、链接)、运行时系统（如库函数，调试、优化等功能)

所有软件功能都建立在ISA之上

指令集体系结构(ISA)

ISA是一种规约，规定了如何使用硬件

  • 可执行的指令的集合，包括指令格式，操作种类以及每种操作对应的操作数的相应规定
  • 指令可以接受的操作数的类型
  • 操作数所能存放的寄存器组的结构，包括每个寄存器的名称，编号，长度和用途
  • 操作数所能存放的存储空间的大小和编址方式
  • 操作数在存储空间存放时按照大端还是小端方式存放;
  • 指令获取操作数的方式，即寻址方式;
  • 指令执行过程的控制方式，包括程序计数器(PC)、条件码定义等。

！！！没有ISA，软件无法使用计算机硬件，一台计算机也无法被称为"通用计算机"

计算机组成(微体系结构)与ISA之间的关系

  • 不同ISA规定的指令集不同，如，IA-32、MIPS、ARM等
  • 计算机组成必须能够实现ISA规定的功能，如提供GPR、标志、运算电路等
  • 同一种ISA可以有不同的计算机组成，如乘法指令可用ALU或乘法器实现

ISA是计算机组成的抽象

三个主题:

  • 表示( Representation )

    • 不同数据类型(包括带符号整数、 无符号整数、浮点数、数组、结构 等）在寄存器或存储器中如何表示和存储?
    • 指令如何表示和编码（译码)?
    • 存储地址（指针）如何表示?如何生成复杂数据结构中数据元素的地 址?

  • 转换(Translation )

    • 高级语言程序对应的机器级代码是怎样的?如何转换并链接生成可执 行文件?

  • 执行控制流( Control flow )

    • 计算机能理解的“程序”是如何组织和控制的?
    • 如何在计算机中组织多个程序的并发执行?
    • 逻辑控制流中的异常事件及其处理
    • I/O操作的执行控制流(用户态→内核态)

题目总结:

1.指令和数据在形式上没有差别

4.汇编指令无法被计算机直接执行

6.软件分为系统软件和应用软件

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