小白的CTF学习之路1——程序与CPU

Posted 2021-11-25 xiaoshenlong

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今天看了po学院的教学视频，了解了程序是什么，如何在CPU当中工作的等各种之前未曾想过的问题，特此记录，以防忘记

首先我们学习程序与CPU之前需要了解这么几个问题：

1.什么是程序？

2.程序是由什么组成？

3.什么是机器语言？

3.运行中的程序存储在什么位置？

4.什么是内存地址？

5.程序的解释和运行的计算机部件叫什么？

我们带着问题来学习，将会有很大的效果

首先我们需要了解CPU是什么？

CPU（Central Processing Unit）是中央处理器的缩写，听名字很牛X，实际上它还真的很牛X，CPU是电脑中重要组件之一，电脑中可以没有显卡，可以没有风扇，可以没有网线，但没有CPU，整个计算机将无法运行，CPU可以简单理解为是用来控制计算机运行的工具

当然，我们既然是要成为CTF竞赛王者的男人，光知道这些宽泛的东西还是远远不够的，我们还需要了解CPU其内部还有哪些东西

CPU里面包含：1.寄存器

                         2.控制器

                         3.运算器

                         4.时钟 

寄存器：是短暂存储一些值的地方，可以理解为它是用来存储电脑中数据的地方

这里我们需要额外了解一下，我们的程序是分为两个部分的，一个是指令（算法），一个是数据，数据则是我们寄存器需要存储的东西

可以简单理解为寄存器就是我们电脑当中的内存，当然这是绝对错误的

控制器：是用来控制寄存器读取，写出，更换等操作的硬件，

运算器：顾名思义，运算器是我们的逻辑运算单元，辅助单元，协助寄存器和控制器来达到运算的效果

时钟：它是推动我们CPU其他三个硬件的硬件，可以理解为它是我们CPU当中的发动机，时钟是通过频率来计算（GHz），1GHz=10亿次每秒，也就是说我们可以每秒计算10亿次

作为日后需要编写程序的程序员，寄存器是我们需要重点了解的，也是我们软件工程师唯一能够接触到的，CPU可以理解为是寄存器的集合

说了这么多，那么程序员编写出的程序是如何一步一步的放到CPU当中实现运行的呢？

上面讲过，程序是由数据和指令构成的，也就是说，程序在写完之后，他仅仅是代码，代码对于计算机来说毫无意义，因为机器根本读不明白你的代码，这样，我们就需要一个叫做编译器的东西，他充当了你和机器之间的翻译功能，例如，C语言写Hallo world:printf("hallo world");，这串代码计算机是看不明白的，我们的编译器可以将这串代码翻译成计算机能够读懂的二进制语言（在以后的课程会提到），并将其转换成.exe格式的文件，这样一来，通过windows内所拥有的加载程序，将写出的程序放入到CPU里，就可以达到这么一个运行的操作啦

简单理解就是：代码->exe->加载->CPU

这样一来，我们就涉及到了编程语言的两种类型，一类是高级语言，一类是低级语言，高级语言使我们人类能够看得懂弄的明白的，而低级语言则是机器能够读懂并运行的

高级语言有着两种发展方向，一个是更好记忆，一个是指令更少

高级语言需要通过编译器转化才能够被机器运行

编译后生成可执行文件（如EXE）

执行EXE文件后WINDOWS会将数据加载到内存上

CPU通过寄存器，运算器，控制器，时钟来与内存进行交互

到这里，我们对于CPU的了解已经超越了75%的小白了，但可不要沾沾自喜，距离我们的目标CTF大神可仅仅完成了百分之1不到，之前说了，作为程序员最需要了解的便是寄存器了，下面我们来重点介绍下CPU当中的寄存器是如何工作的

CPU当中的寄存器包含以下种类：

累加寄存器：记录计算之后的数据，用于运算，算数

标志寄存器：记录计算之后的数据是否溢出，帮助CPU进行逻辑判断

程序计数器：存储下一条指令在内存当中的地址，记录下一条指令的值

基址寄存器：存储当前数据内存开始的位置

变址寄存器：存储基址寄存器的相对位置

通用寄存器：顾名思义，什么都可以用

指令寄存器：CPU内部使用，存储当前指令

栈（zhan）寄存器：记录我的起始位置

以上，便是我对CPU的所有理解，CPU内的所有硬件各司其职，缺一不可，寄存器这方面比较难，但是对于一个合格的软件工程师来说则是必不可少的基础知识

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