计算机基本理论与程序运行原理概述
目录
计算机的基本表示方法
计算机的组成
程序运行的原理
指令执行的流水线
编译原理
个人理解
面试题总结
计算机的基本表示方法
- 计算机系统使用高、低电平来表示逻辑1和0。
- 数据在计算机中的存储、传输和处理均以二进制形式进行。
- 数据通过总线作为电信号进行传输，内存仅存储高低电平。
计算机的组成
- 输入设备: 将外部信号转换为计算机可识别的电信号。
- 输出设备: 将计算机产生的电信号转换为人类或其他设备可理解的形式。
- 存储器: 用于存放程序和数据，是实现“存储程序控制”的基础。
- ROM (Read-Only Memory): 例如 Flash (EMMC) 或磁盘空间，特点是掉电后数据不丢失。
- RAM (Random Access Memory): 即内存，特点是易失性，掉电后数据丢失。
- 运算器: CPU 中处理信息和执行算术及逻辑运算的核心部件。
- 控制器: 整个计算机系统的指挥中心，负责协调各个部件的工作。
程序运行的原理
- 指令集: 运算器的不同决定了处理指令的不同，进而导致指令集的不同。
- 指令的解析:
- 取指: 控制器将 PC 寄存器中的值发送给内存，内存将对应地址中的指令（机器码）传回 CPU 的指令寄存器 IR 中。
- 译码: 指令译码器对 IR 中的指令进行识别，将指令翻译成具体的运算操作。
- 执行: 运算器执行对应的指令并将结果写入寄存器。
指令执行的流水线
- 指令的执行遵循流水线的方式，分为取指、译码和执行三个阶段。
- 每个阶段由独立的硬件组件负责，使得多个指令可以同时处于不同的处理阶段。
- PC 寄存器始终指向当前正在取指的指令地址，一旦取到指令，PC 自动后移以指向内存中的下一条指令。
编译原理
- CPU 识别的语言: CPU 仅能识别机器码，而能够识别哪些机器码取决于处理器的硬件结构。
- 汇编语言: 汇编语言使用标识符来表示机器码，不同的 CPU 结构有不同的汇编语言。
- C 语言编译: C 语言可以通过不同的编译器编译成不同的汇编语言和机器码，从而适应不同的处理器架构。
个人理解
- C 语言可以借助不同的编译器生成针对不同平台的代码，以适应不同的处理器架构。
面试题总结
- 指令解析的过程:
- 分为三个阶段：取指、译码和执行。
- 为什么不同处理器需要不同的编译器编译程序代码？
- CPU 仅能识别特定的机器码，这些机器码由处理器的硬件结构决定，因此不同的处理器架构需要使用相应的编译器来生成对应的机器码。