這個題目是我臨時想的，不知道是否準確，一直想寫一個類似的東西，希望能夠引起童鞋們關注硬件并喜歡上硬件。 我是文科出生，研究生階段才轉向計算機，中間有很長一段時間都只做軟件理論相關研究和一些具體的軟件項目，包括編譯器、電力系統監控器、軟件測試工具研發等；直到2009年，才開始陸陸續續接觸一些硬件項目，說是硬件項目，其實主要是一些嵌入式的項目，如世界杯前做的3G轉Wifi和自己玩的一些小車和傳感器等。 在做嵌入式項目之前，壓根就沒接觸過硬件方面的開發知識，難度可想而知，什么叫編碼器、什么叫譯碼器、怎么做分頻、怎么做倍頻、怎么做A／D轉換、D／A等等，一系列的問題迎面而來。為了完成項目，只能硬著頭皮上，從最基礎的數字邏輯開始看起，從二進制、卡諾圖入手，逐漸深入到組合電路和時序電路，再結合一本叫做《計算機組成與設計－硬件/軟件接口》，才逐漸深入明白我們做的編譯器后端的具體工作原理，在此基礎上對軟件的各種性能問題有了更深刻的認識。 組合電路和時序電路是計算機原理的基礎課，組合電路描述的是單一的函數功能，函數輸出只與當前的函數輸入相關；時序電路則引入了時間維度，時序電路在通電的情況下，能夠保持狀態，電路的輸出不僅與當前的輸入有關，而且與前一時刻的電路狀態相關，如我們個人PC中的內存和CPU中的寄存器，均為時序電路。 說了這么多，我們學習的組合電路和時序電路在計算機中又是怎么一回事呢？為了便于理解，下面以一個大家都能接受的C語言程序開始，從上層向下層開始解釋。 void main(){ int a ＝ 3, b ＝ 5; int sum = a b; } 這個例子大家都能明白，main函數要做的事情就是實現兩個數的加法操作。這是我們人類的思維方式，但是計算機并不認識，如何讓計算機理解呢？于是，我們需要將上面這個程序翻譯成機器能理解的模樣，這時候就需要借助編譯器（如常見的gcc、msc等）將上面的程序翻譯成MIPS指令（不同的CPU有不同的指令集，包括X86指令集、MIPS指令集、Sparc指令集等，我們在這里用MIPS指令集，咱們的龍芯也是采用MIPS指令集），如下所示： #下面的每條匯編代碼對應一個二進制 addi $t0, 0, 3 # a = 0 3, a保存在$t0寄存器中， 對應的二進制代碼為：0010 00** **** **** **** **** **** ****（這里的星號*表示二進制，這里暫時不關心） addi $t1, 0, 5 # b = 0 5, b保存在$t1寄存器中 addi $t2, $t1, $t0 # sum ＝ a ＋ b， sum保存在$t2寄存器中 到這里，大家一定還在疑惑，不是說要翻譯成二進制代碼嗎？怎么是MIPS匯編語言？對，就是匯編語言，這個匯編語言中的每一條指令就對應一條二進制代碼，匯編的方式更容易讓人理解。 現在我們得到了計算機可以理解的MIPS指令（可以想象成可執行程序）了，接下來的問題是如何執行MIPS指令。 要執行程序，首先必須將可執行程序文件（從外設）加載到內存。可執行文件加載到內存時，操作系統會為每個可執行程序在內存中分配四個區： 1 代碼區。也就是前面的到的匯編代碼所對應的二進制碼 2 全局數據區。全局變量，靜態變量放在這個區 3 堆區。表示在程序執行過程中，動態申請的空間在這個區，如C語言中的malloc, free操作均是針對此區中的對象執行申請或釋放操作 4 棧區。函數運行時，局部變量的保存區域。 我們重點關注代碼區和棧區，初始時，其分布如下圖所示： 代碼區-1.png 其中PC（Program Counter）是程序計數器（是CPU中的一個寄存器，具有數據存儲功能），即用來指示下一個即將執行的指令的地址，本例中，進入main函數后，即將執行的第一條指令是a = 3，其地址為：0X FF FF FF 00, 因此PC指向其對應的匯編代碼的地址。 CPU根據PC的的值，從指定地址0X FF FF FF 00處獲取指令，然后解析指令，并執行指令（即執行a＝3）。 當a = 0執行完畢后，PC執行操作：PC ＝ PC ＋ 4，PC指向0X FF FF FF 04，即b = 5的指令的地址。此時，棧區的狀態為： 棧區-1.png 接著，CPU根據PC的的值，從指定地址0X FF FF FF 04處獲取指令，然后解析指令，并執行指令（即執行b＝5）。當b＝5執行完畢后，PC執行操作：PC ＝ PC ＋ 4，PC指向0X FF FF FF 08，即sum＝a＋b的指令的地址。此時，棧區的狀態為： 棧區-2.png 然后，CPU根據PC的的值，從指定地址0X FF FF FF 08處獲取指令，然后解析指令，并執行指令（即執行sum＝a＋b）。當sum＝a＋b執行完畢后，PC執行操作：PC ＝ PC ＋ 4，PC指向0X FF FF FF 12（因為，指令已經執行完畢，這里應該提示要從main函數返回）。此時，棧區的狀態為： 棧區-3.png 至此為止，main函數內部的流程基本上陳述完了（關于函數間調用，相對復雜，計算機組成中會詳細講解），但如何實現這些步驟呢，其中的關鍵問題包括如下： 問題： 1、知道內存地址，如何定位到那個地址？？？答案：地址譯碼器 2、獲取到a＝3對應的指令后，如何知道是做a=0 3的操作？？？答案：解析指令，指令譯碼器 3、PC寄存器如何保存值？如何做加4操作？答案：計數器（寄存器講解） 作者：CodingTech 來源： (mbbeetchina)