深入理解计算机系统1_程序是如何运行的

                                                                                       程序是如何运行的

作为一个程序员，已不知编了多少行代码。但若问我程序是如何在计算机中运行的，我怕只有张口结舌。书中第一章就给了我们相关的答案。

首先，看如下最简单的C语言Helloword的代码

1 #include  < stdio.h >
2
3 int  main()
4 {
5   printf("hello, world\n");
6}

上面的代码我们保存在helloworld.c文件中。其本质实际上是由0、1的比特（位）序列构成的。8位为一个字节。每个字节对应某个文本字符。不少系统用ASCII来表示文本字符。实际是由一个唯一的同字节大小的整数值来表示每个字符。下面给出helloworld.c的ASCII表示。
#      i         n        c       l       u       d      e     <sp>   <     s     t        d        i       o      .
35   105    110    99    108  117  100   101   32     60  115  116   100   105  111  46
h       >      \n       \n      i        n      t     <sp>   m      a      i       n       (       )      \n     {
104  62     10     10     105  110  116   32    109    97   105  110   40    41   10   123
\n     <sp> <sp> <sp> <sp>   p      r      i       n        t       f      (       "      h       e       l
10    32     32     32     32    112  114  105  110    116  102  40    34   104   101   108
l       o       ,        <sp>  w      o      r       l      d        \       n       "       )       ;       \n      }
108 111    44     32     119  111  114  108  100    92    110  34    41   59      10     125
以此类推，在计算机系统中，任何介质中的数据都是比特序列。把他们区分成不同的数据对象，是通过数据对象的上下文来确定的。

程序编译
程序的编译过程如下图所示，分为预处理、编译、汇编、链接等几个阶段。

预处理：预处理相当于根据预处理命令组装成新的C程序，不过常以i为扩展名。
编译：    将得到的i文件翻译成汇编代码。s文件。
汇编：    将汇编文件翻译成机器指令，并打包成可重定位目标程序的O文件。该文件是二进制文件，字节编码是机器指令。
链接：    将引用的其他O文件并入到我们程序所在的o文件中，处理得到最终的可执行文件。

硬件组成：
从下图中看出一个典型的系统由总线、Cpu、I/O设备、主存等构成。

CPU: Central Processing Unit,  ALU: Arithmetic/Logic Unit,  PC: Program counter,  USB: Universal Serial Bus.

程序执行
我们已经讨论了可执行文件产生的过程。接下来讨论哈可执行文件执行的过程。从上面途中的彩色线条可以清晰的看到这个过程，我们简单的把它分为6步。
1.shell程序执行指令，等待用户输入，这里我们输入“hello”。
2.shell程序将字符逐一读到寄存器中
3.再从寄存器取出放到主存中
4.当我们敲入回车时，shell程序得知输入结束，将hello目标文件的代码和数据拷贝到主存，从而加载hello文件数据包括最终被输出的字符串“hello，world\n”.利用了DMA访问技术，数据可不经CPU直接到主存
5.执行主程序中的机器语言指令，将“hello，world\n”串的字节从主存拷贝到寄存器堆。
6.从寄存器中把文件拷贝到显示设备。