程序的运行过程：从代码到机器运行

Posted 2022-03-05 Love and Share

1）你知道程序是如何运行的吗？

1.1）Unix是怎么来的？

• Ken Thompson 的妻子回娘家一个月，他在贝尔实验室无聊，就搞出了UNICS操作系统（unix的前身）。

• 当时可没有c语言，大佬是用B语言和汇编语言写出来的。

1.2）那UNIX是怎么来的呢？

• 牛人的朋友也是牛人，Thompson的朋友Dennis Ritchie也加入他的操作系统创造之旅，撸出了C语言。并且用C语言写了UNIX。同时也写出了影响深远的第一版“Hello World”。

   #include "stdio.h"
   int main(int argc, char const *argv[]) 
       printf("Hello World!\\n");
       return 0;
   

1.3）计算机硬件能直接运行这个C程序吗？

• 不能，需要翻译官C语言编译器，把这段代码编译成具体硬件平台的二进制代码（机器码）。再由具体操作系统建立进程，把这个二进制文件装进其进程的内存空间中，才能运行。

1.4）程序编译过程是怎样的？

• 使用命令：gcc HelloWorld.c -o HelloWorld 或者 gcc ./HelloWorld.c -o ./HelloWorld ，就可以编译这段代码。

1.5）GCC是什么玩意？

• 一个指挥官，他会去调用预处理程序、编译程序、汇编程序、链接程序来完成具体工作。

  

   

   

1.6）GCC工作的整个过程是怎样的？

• gcc HelloWorld.c -E -o HelloWorld.i 预处理：加入头文件，替换宏。

• gcc HelloWorld.c -S -c -o HelloWorld.s 编译：包含预处理，将 C 程序转换成汇编程序。

• gcc HelloWorld.c -c -o HelloWorld.o 汇编：包含预处理和编译，将汇编程序转换成可链接的二进制程序。

• gcc HelloWorld.c -o HelloWorld 链接：包含以上所有操作，将可链接的二进制程序和其它别的库链接在一起，形成可执行的程序文件。

2）程序是怎样装载执行的？

• 首先图灵老前辈提出了图灵机。

2.1）图灵机长什么样呢？

• 一条无限长的纸带，上面有无数个小格子，小格子中写有相关的信息。纸带上有一个读头，根据纸带小格子里的信息做相关的操作并能来回移动。

  

   

   

2.2）1+1=2在图灵机上是怎样运算的？

• 读头读到“+”之后，就依次移动读头两次并读取格子中的数据，最后读头计算把结果写入第二个数据的下一个格子里

  

   

   

   

   

   

   

3）图灵机是理想，不可能实现，那最终是谁让梦想成真呢？

• 冯诺依曼

3.1）冯诺依曼的思想是什么？

• 计算机用二进制数制系统和储存程序，并按照程序顺序执行。

3.2）根据冯诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有哪些功能？

• 程序和数据要能装进计算机中。

• 记性要好，要能记住数据，中间结果，计算结果。

• 能够做运算还有简单的数据加工

• 控制程序的运行，并且我下达什么命令它能听的懂，并且叫其它部件干活。

• 按照要求将处理的数据结果显示给用户。

3.3）为了完成上述的功能，计算机必须具备哪些基本组成部件？

• 装数据和程序的输入设备；（键盘）

• 记住程序和数据的存储器；（磁盘）

• 完成数据加工处理的运算器；（CPU）

• 控制程序执行的控制器；（CPU）

• 显示处理结果的输出设备。（屏幕）

4）有了冯诺依曼的理论，我们怎么改造图灵机让它变得合理？

• 把图灵机的几个部件换成电子设备

  

   

   

5）怎样将 HelloWorld 程序装入原型计算机？

 

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