计算机是如何工作的

1.冯诺依曼体系结构（存储程序计算机）

1.1 解释

从硬件角度可以抽象为一下模型：

CPU与内存通过总线连接，CPU中有很多寄存器（总是指向内存的某一块区域），如IP(Instruction Pointer)。假如指向CS（Code Segment,代码段），CPU从IP指向的内存的地址，取指令执行，执行过后IP自加1，取下一条指令，重复上述步骤。

从程序员的角度可以抽象为一下模型：

CPU不断执行next instruction，从内存取指令不断执行。

内存保存数据和指令，CPU负责解释和执行指令。

1.2 API和ABI

cpu识别什么指令，怎么定义？

API：程序员与计算机的接口界面

ABI：程序与CPU的接口界面

2.×86寄存器

2.1 通用寄存器

2.2 段寄存器

CPU在实际取指令是根据cs:eip来确定一个指令

3.×86汇编指令

指令	含义	模式/模型
movl %eax,%edx	edx=eax	register mode,以%开头的寄存器标示符
movl $0x123,%edx	edx=0x12	immediate,立即数以$开头的数值
movl 0x123（没有$符表示地址）,%edx	edx=(int32_t)0x123	direct，直接访问一个指定的内存地址的数据
movl (%ebx)(ebx寄存器存的值——内存地址，加括号表示内存地址存的数据放在ebx),%edx	edx=(int32_t)ebx	indirect,将寄存器的值作为一个内存地址来范围内存
movl 4(%ebx),%edx	edx=(int32_t)(ebx+4)	displaced,在间接寻址时改变寄存器的值
pushl %eax	subl $4,%esp movl %eax,（%esp）
popl %eax	movl（%esp）,%eax addl $4,%esp
call 0x12345(调用0x12345地址)	pushl %eip()(当前的eip压栈)* movl $0x12345,%eip()(立即数放在eip)*
ret	popl %eip(*)
enter	pushl %ebp movl %esp,%ebp
leave	movl %ebp,%esp popl %ebp

b,w,l,q分别代表8位，16位，32位，64位

eip指向内存的指令，自加一（一条指令）,*代表这些指令不能被程序员直接使用，程序不能直接修改eip寄存器

4.汇编代码分析

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int g(int x)
 4 
 5 {
 6 
 7 return x + 3;
 8 
 9 }
10 
11  
12 
13 int f(int x)
14 
15 {
16 
17 return g(x);
18 
19 }
20 
21  
22 
23 int main(void)
24 
25 {
26 
27 return f(8) + 1;
28 
29 }

gcc -S -o main.s main.c -m32，对应的汇编代码

 1 g:
 2 
 3 pushl    %ebp
 4 
 5 movl    %esp, %ebp
 6 
 7 movl    8(%ebp), %eax
 8 
 9 addl    $3, %eax
10 
11 popl    %ebp
12 
13 ret
14 
15 f:
16 
17 pushl    %ebp
18 
19 movl    %esp, %ebp
20 
21 subl    $4, %esp
22 
23 movl    8(%ebp), %eax
24 
25 movl    %eax, (%esp)
26 
27 call    g
28 
29 leave
30 
31 ret
32 
33 main:
34 
35 pushl    %ebp
36 
37 movl    %esp, %ebp
38 
39 subl    $4, %esp
40 
41 movl    $8, (%esp)
42 
43 call    f
44 
45 addl    $1, %eax
46 
47 leave
48 
49 ret

动画演示：