《深入计算机组成原理》笔记第五到十章

最新推荐文章于 2022-10-19 16:23:35 发布

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本文深入探讨了CPU如何执行计算机指令，包括算术、数据传输、逻辑、条件分支和无条件跳转等指令。介绍了MIPS指令格式以及函数调用中的栈操作，阐述了函数调用如何通过压栈和出栈实现，并解释了函数调用可能导致的栈溢出问题。此外，还讨论了动态链接和共享库的概念，以及如何通过地址无关码和全局偏移表（GOT）实现在不同程序中共享同一代码库。动态链接库允许代码在运行时复用，解决了内存管理和程序执行效率的问题。

05-计算机指令：让我们试试用纸带编程

在软硬件接口中，CPU帮我们做了什么事？

从硬件的角度来看，CPU就是一个超大规模集成电路，通过电路实现了加法、乘法乃至各种各样的处理逻辑。
从软件工程师的角度来讲，CPU就是一个执行各种计算机指令的逻辑机器。

计算机指令（Instruction Code）， CPU支持的语言，就是计算机指令集，英文叫Instruction Set。

从编译到汇编，代码怎么变成机器码？

我们需要把整个程序翻译成一个汇编语言的程序，这个过程我们一般叫编译成汇编代码。针对汇编代码，我们可以再用汇编器翻译成机器码

汇编语言（ASM，Assembly Language），编译（Compile），汇编器（Assembler），机器码（Machine Code）

解析指令和机器码

常见的指令分为五大类。

第一类是算术类指令。我们的加减乘除，在CPU层面，都会变成一条条算术类指令。
第二类是数据传输类指令。给变量赋值、在内存里读写数据，用的都是数据传输类指令。
第三类是逻辑类指令。逻辑上的与或非，都是这一类指令。
第四类是条件分支类指令。日常我们写的“if/else”，其实都是条件分支类指令。
第五类是无条件跳转指令。写一些大一点的程序，我们常常需要写一些函数或者方法。在调用函数的时候，其实就是发起了一个无条件跳转指令

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MIPS的指令是一个32位的整数，高6位叫操作码（Opcode），也就是代表这条指令具体是一条什么样的指令，剩下的26位有三种格式，分别是R、I和J。

我以一个简单的加法算术指令add $t0, $s1, $s2,为例

对应的MIPS指令里opcode是0，rs代表第一个寄存器s1的地址是17，rt代表第二个寄存器s2的地址是18，rd 代表目标的临时寄存器t0的地址，是8。因为不是位移操作，所以位移量是0。

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总结延伸

06-指令跳转：原来if…else就是goto

CPU是如何执行指令的？

逻辑上，我们可以认为，CPU其实就是由一堆寄存器组成的。而寄存器就是CPU内部，由多个触发器（Flip-Flop）或者锁存器（Latches）组成的简单电路。

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从if…else来看程序的执行和跳转

// test.c
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
   
   
srand(time(NULL));
int r = rand() % 2;
int	a	=	10;
		if	(r	==	0)
		{
   
   
			a	=	1;
		}	else	{
   
   
			a