前言

想对计算机系统做些深入了解
故整了几本书翻翻
这里做个记录

从《程序是怎样跑起来的》开始
本节是第一章
CPU是什么

1、CPU内部结构

CPU（central processing unit）四个部分

• 寄存器：暂存指令、数据等处理对象，一般有20-100个
• 控制器：把内存上的指令、数据等读入寄存器
• 运算器：运算从内存读入寄存器的数据
• 时钟：发出CPU 开始计时的时钟信号

程序是指示计算机每一步动作的一组指令，在内存中运行
CPU负责程序的解释和运行：

• 程序启动后，根据时钟信号，控制器会从内存中读取指令和数据
• 通过对这些指令加以解释和运行，运算器就会对数据进行运算，控制器根据该运算结果来控制计算机

2、CPU是寄存器的集合

我们需要关注的是寄存器，因为程序是把寄存器作为对象来描述的

80386以上的CPU用的是汇编语言

寄存器的主要种类：

• 累加寄存器（accumulator register）：存储执行运算的数据和运算后的数据
• 标志寄存器（flag register）： 存储运算处理后的CPU 的状态
• 程序计数器（program counter）： 存储下一条指令所在内存的地址
• 基址寄存器（base register） ：存储数据内存的起始地址
• 变址寄存器（index register） ：存储基址寄存器的相对地址
• 通用寄存器（general purpose register）： 存储任意数据
• 指令寄存器（instruction register）：存储指令，CPU 内部使用，程序员无法通过程序对该寄存器进行读写操作
• 栈寄存器（stack register）： 存储栈区域的起始地址

3、程序计数器

将123 和456 两个数值相加，并将结果输出到显示器上的流程如下：

• 地址0100 是程序运行的开始位置
• 操作系统把程序从硬盘复制到内存后，会将程序计数器设定为0100
• CPU 每执行一个指令，程序计数器的值就会自动加1
• CPU 的控制器就会参照程序计数器的数值，从内存中读取命令并执行

4、条件分支和循环机制

程序流程

• 顺序执行：按照地址内容的顺序执行指令
• 条件分支：根据条件执行任意地址的指令
• 循环：重复执行同一地址的指令。

条件分支和循环会将程序计数器的值设定为任意地址
以条件分支为例如下：

作比较的流程：

• 比较累加寄存器中存储的XXX 值和通用寄存器中存储的YYY
• 进行XXX－YYY 的减法运算
• 运算的结果保存到标志寄存器中
• 结果为正表示XXX 比YYY 大，零表示XXX 和YYY 相等，负表示XXX 比YYY 小

5、函数的调用机制

函数调用的例子如下图

• 函数调用使用的是call 指令，而不是跳转指令
• 在将函数的入口地址设定到程序计数器之前， call 指令会把调用函数后要执行的指令地址存储在名为栈的主存内
• 函数处理完毕后，再通过函数的出口来执行return 命令
• return 命令的功能是把保存在栈中的地址设定到程序计数器中
  

6、通过地址和索引实现数组

实际地址 = 基址寄存器 + 变址寄存器

7、CPU的处理指令

机器语言指令类型

• 数据转送指令：寄存器和内存、内存和内存、寄存器和外围设备之间的数据读写操作，如mov
• 运算指令：用累加寄存器执行算术运算、逻辑运算、比较运算和移位运算，如add
• 跳转指令：实现条件分支、循环、强制跳转等，如jmp
• call/return 指令：函数的调用/ 返回调用前的地址

结语

简单清晰的了解了CPU的工作流程