计算机组成
计算机结构组成
- 输入设备
- 输出设备
- 中央处理器 (CPU)
- 运算器
- 控制器
- 寄存器
- 存储器
- 内存储器
- 外存储器
- 示意图
计算机系统组成
-
硬件系统
- 主机
- 中央处理器
- 运算器
- 控制器
- 寄存器
- 内存储器
- 只读存储器
- 随机存储器
- 中央处理器
- 外部设备
- 输入设备
- 输出设备
- 外存储器
- 主机
- 软件系统
- 系统软件
- 操作系统
- 语言处理系统
- 系统服务程序
- 数据库管理系统
- 应用软件
- 文字处理软件
- 表格处理软件
- 辅助设计软件
- 实时控制软件
- 系统软件
CPU 内部结构与寄存器
- 64 位和 32 位系统区别
- 寄存器是 CPU 内部最基本的存储单元
- CPU 对外是通过总线 (地址、控制、数据) 来和外部设备交互的，总线的宽度是 8 位，同时 CPU 的寄存器也是8位，那么这个 CPU 就叫 8 位 CPU
- 32 位 CPU：如果总线是 32 位，寄存器也是 32 位，那么这个 CPU 就是 32 位 CPU
- 准 32 位 CPU：有一种 CPU 内部的寄存器是 32 位，但总线是 16 位，那么这个 CPU 就是准 32 位 CPU
- 所有的 64 位 CPU 兼容 32 位的指令，32 位兼容 16 位的指令，所以在 64 位的 CPU 上可以识别 32 位的指令
-
在 64 位 CPU 的架构上运行了 64 位的软件操作系统，那么这个系统就是 64 位
- 在 64 位的 CPU 架构上，运行了 32 位的软件操作系统，那么这个系统就是 32 位
- 64 位的软件不能运行在 32 位的 CPU 上
- 寄存器名字
- 示意图
- 示意图
- 寄存器、缓存、内存三者关系
- 按与 CPU 远近来分
- 由近到远分别是：CPU 寄存器 缓存 内存
- CPU 计算时，先预先把要用的数据从硬盘读到内存，然后再把即将要用的数据读到寄存器。
- 信息交换的关系：CPU 寄存器 内存
- 缓存的作用
- 如果经常操作内存中的同一地址的数据，就会影响速度。于是就在寄存器与内存之间设置一个缓存
- 因为从缓存提取的速度远高于内存。当然，缓存的价格肯定远高于内存
- 按与 CPU 远近来分
C 语言概述
贝尔实验室发明了最初的 C 语言。
C 语言特点
- 优点
- 代码量小
- 执行速度快
- 功能强大
- 编程自由
- 缺点
- 写代码实现周期长
- 可移植性较差
- 过于自由，经验不足易出错
- 对平台库依赖较多
C 语言标准
- K&R C
起初，C 语言没有官方标准。1978年由美国电话电报公司(AT&T）贝尔实验室正式发表了C语言。布莱恩·柯林汉（Brian Kernighan） 和 丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie） 出版了一本书，名叫《The C Programming Language》。这本书被 C语言开发者们称为 K&R，很多年来被当作 C 语言的非正式的标准说明。人们称这个版本的 C 语言为 K&R C。
-
ANSI C/C89 标准
1989年，美国国家标准协会（ANSI）通过了 C 语言标准，被称为 ANSI X3.159-1989 “Programming Language C”。因为这个标准是1989年通过的，所以一般简称 C89 标准。有些人也简称 ANSI C，因为这个标准是美国国家标准协会（ANSI）发布的。
1990年，国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）把 C89 标准定为 C 语言的国际标准，命名为 ISO/IEC 9899:1990 – Programming languages — C[5] 。因为此标准是在1990年发布的，所以有些人把简称作 C90 标准。不过大多数人依然称之为 C89 标准，因为此标准与 ANSI C89 标准完全等同。- 美国国家标准协会 (ANSI)，推出了 C89
- 国际标准化组织 (ISO) 和国际电工委员会 (ICE)，推出了 C90
- C99 标准
1999年1月，国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）发布了 C 语言的新标准，名叫 ISO/IEC 9899:1999 – Programming languages — C ，简称 C99 标准。这是 C 语言的第二个官方标准。
- 国际标准化组织 (ISO) 和国际电工委员会 (ICE)，推出了 C99
C 语言关键字、控制语句和运算符
第一个 C 语言程序
打印 hello world
- 使用 VS (visual studio) 创建新项目
- 新建项目-空项目
- 解决方案资源管理器-源文件-新建项-C++ 文件(.cpp)
- 调试-开始执行 ctrl+F5
- 示例：hello_world.c
#include // #：关键标识符，表示引入头文件；include：引入头文件关键字 #include // ：表示使用系统库函数。""：表示用户自定义库函数。 int main(void) // int：函数返回值是整形数据。 // main：函数名。程序唯一的入口。必须有，且只有一个。 // void：函数调用无需传参。 { // {：函数体，起始位置 printf("hello world\n"); // printf：函数，将字符串输出到屏幕上，需要头文件 。 \n：回车换行 Sleep(2000); // 休眠2000毫秒，需要头文件 //system("mspaint"); system("pause"); // 调用 system 函数实现暂停功能。 return 0; // 返回当前函数调用。退出程序。 0 要跟 main 函数的返回值一一对应 } // }：函数体，结束位置- C 语言的源文件是一个普通的文本文件，但扩展名必须是 .c
- 注释
- 单行注释
- //
- 多行注释 (块注释)
- /**/
- 单行注释
解决提示框一闪而过
- 通过 system() 函数
“`C++
<h1>include</h1>
int main(void)
{
printf("hello world\n");
system("pause"); // 调用系统命令，使暂停
return 0;
}“`
Note: 清屏命令
cls -
借助 VS 工具
- 项目右键属性-链接器-系统-子系统-控制台 (/SUBSYSTEM:CONSOLE)
- 项目右键属性-链接器-系统-子系统-控制台 (/SUBSYSTEM:CONSOLE)
gcc 编译
我们用编辑器编写程序，由编译器编译后才可以运行。
编译器是将易于编写、阅读和维护的高级计算机语言编译成计算机能解读、运行的低级机器语言的程序。
编译步骤
#include <stdio.h> // 头文件展开
#define PI 3.14 // 宏定义替换
int main()
{
#if 1 // 展开条件编译
printf("hello world\n"); // 替换注释
#endif
return 0;
}
- 示意图
-
预处理
gcc -E hello.c -o hello.i生成 hello.i 预处理文件，文件内容：
... extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__)); # 864 "/usr/include/stdio.h" 3 4 extern int __uflow (FILE *); extern int __overflow (FILE *, int); # 879 "/usr/include/stdio.h" 3 4 # 2 "hello.c" 2 # 4 "hello.c" int main() { printf("hello world\n"); return 0; }- 头文件展开
- 不检查语法错误
- 可以展开任意文件
- 宏定义替换
- 将宏名替换为宏值
- 替换注释
- 变成空行
- 展开条件编译
- 根据条件展开指令
- 其他
- 头文件展开
-
编译
gcc -S hello.i -o hello.s生成 hello.s 汇编文件，文件内容：
.file "hello.c" .text .section .rodata .LC0: .string "hello world" .text .globl main .type main, @function main: .LFB0: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 movl .LC0, %edi call puts movl0, %eax popq %rbp .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE0: .size main, .-main .ident "GCC: (GNU) 8.3.1 20191121 (Red Hat 8.3.1-5)" .section .note.GNU-stack,"",@progbits- 逐行检查语法错误
- 是整个编译 4 步骤中最耗时的步骤
- 将 C 程序翻译成汇编指令
- 逐行检查语法错误
-
汇编
gcc -c hello.s -o hello.o生成目标文件 hello.o，文件内容是二进制编码：
[root@yingzai ~]$ strings hello.o hello world GCC: (GNU) 8.3.1 20191121 (Red Hat 8.3.1-5) hello.c main puts .symtab .strtab .shstrtab .rela.text .data .bss .rodata .comment .note.GNU-stack .rela.eh_frame- 翻译
- 将汇编指令翻译成对应的二进制编码
- 翻译
- 链接
gcc hello.o -o hello.exe生成可 hello.exe 执行文件，文件内容：
[root@yingzai ~]strings hello.exe /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 dV:ZS3 libc.so.6 puts __libc_start_main GLIBC_2.2.5 _ITM_deregisterTMCloneTable __gmon_start__ _ITM_registerTMCloneTable []A\A]A^A_ hello world ;*3" GCC: (GNU) 8.3.1 20191121 (Red Hat 8.3.1-5) 3h921 3c921 ...- 数据段合并
- 数据地址回填
- 库引入
跨步骤执行
- 示意图：编译步骤总结
-
一步编译
gcc hello.c -o hello.exe - 分步编译
gcc -S hello.c -o hello.s gcc hello.s -o hello.exe
查看依赖库
- Windows
- Linux
# ldd xxx.so # ldd + 可执行程序 [root@yingzai bin]$ ldd server linux-vdso.so.1 (0x00007ffd50dd0000) libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f2021be8000) /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f2021fab000)
汇编语言
VS 中 C 语言嵌套汇编代码
- 代码示例：两个整型求和
“`c++
<h1>include</h1>
/*
int main()
{
int a;
int b;
int c;<pre><code>__asm
{
mov a,3
mov b,4
mov eax,a
add eax,b
mov c,eax
}printf("%d\n", c);
return 0;
</code></pre>}
*/int main(void)
{
int a = 3; // 定义整型变量 a，赋初值 3
int b = 5; // 定义整型变量 b，赋初值 5
int c; // 定义整型变量 c，无初值<pre><code>c = a + b; // 将 a + b 的结果赋值给 c
printf("%d\n", c); // %d: 格式匹配符，匹配整型数据
printf("c = %d\n", c);
printf("%d + %d = %d\n", a, b, c);
printf("%d + %d = %d\n", a, b, a + b);
</code></pre>}
“`
VS 反汇编
-
调试程序
- 设置断点
- 行号前
- 设置显示行号
- 设置显示行号
- 停止的位置，表示暂未执行
- 行号前
-
逐语句执行下一条 (F11)
- 进入函数内部，逐条执行跟踪
- 逐过程执行下一条 (F10)
- 不进入函数内部
- 添加监视 (首先设置断点)
- 运行调试
- 调试-窗口-监视
- 输入监视的值，自动监视
- 输入监视的值，自动监视
- 调试-窗口-反汇编
- 监视汇编执行
- 监视汇编执行
- 设置断点
集成开发环境 IDE
集成开发环境 (IDE，Integrated Development Environment)。
是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括：
- 代码编辑器
- 编译器
- 调试器
- 图形用户界面工具
IDE 集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套件，所有具备这一特性的软件或套件都可以叫集成开发环境。
Qt Creator
Qt Creator 是跨平台的 Qt IDE。
Qt Creator 是 Qt 被 Nokia 收购后推出的一款新的轻量级集成开发环境。能够跨平台运行，支持的系统包括 Linux、Mac OS X 以及 Windows。
Microsoft Visual Studio (VS)
是微软的开发工具包。VS 是一个基本完整的开发工具集，包括了整个软件生命周期中所需的大部分工具，如 UML 工具、代码管控工具、集成开发环境 IDE 等。
VS 所写的目标代码适用于微软支持的所有平台。
VS 是目前最流行的 Windows 平台应用程序的集成开发环境。
