1.1-hello程序

1.1 hello程序

1.1.1 编译系统如何工作

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("hello,world\n");
    return 0;
}

编写一个简单的hello.c程序，输出hello,world
调用gcc即可对代码进行编译，生成可执行文件hello

gcc hello.c -o hello

编译过程可以分为4个阶段:

1. 预处理 pre-processer
2. 编译 compiler
3. 汇编 assembler
4. 链接 linker

接下来逐个解释

• 预处理

预处理器会根据以#开头的代码，来修改原始程序，例如hello程序中引入头文件stdio.h，预处理器会读取该头文件中的内容，将其中的内容直接插入到源程序中，结果就得到了另外一个c程序，后缀为.i，所以hello.c经过预处理后得到hello.i，仍旧是一个文本文件

• 编译

编译器会将hello.i翻译成hello.s，包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成以及优化等一系列操作，具体可参见《编译原理》

• 汇编

汇编器根据指令集将汇编程序hello.s翻译成机器指令，并按照固定规则进行打包，得到可重定位目标文件hello.o，是一个二进制文件，但是还不能执行

• 链接

程序中调用了printf函数，其在printf.o的文件中，这是一个提前编译好的目标文件，链接器负责把hello.o和printf.o进行合并，得到可执行文件hello，此时hello就可以被加载到内存中执行了

此时hello已经存储在磁盘上，可以在终端中执行hello

./hello
hello,world

1.1.2 计算机系统硬件组成

CPU

中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，也称处理器，CPU里面有一个Program Count，简称PC，实质上是一个大小为一个字(word)的存储区域，里面存放某一条指令的地址，电脑一上电，就开始执行PC指向的指令，然后更新PC，使其指向下一条要执行的指令

• 32位机器，一个字是4个字节，也就是32位 1 word = 4 Byte
• 64位机器，一个字是8个字节，也就是64位 1 word = 8 Byte

寄存器文件

寄存器就是CPU内部的一个存储设备，寄存器文件是由一些单字长(1 word)的寄存器构成，每个寄存器都有自己唯一的名字，可以理解为一个临时存放数据的空间

ALU

算术逻辑单元(Arithmatic Logic Unit)，进行算术运算和逻辑运算

主存

也称为内存，处理器在处理数据时，主要存放程序指令及数据

• 从物理上讲，内存就是由一组动态随机存取存储器DRAM芯片组成
• 从逻辑上讲，内存可以看成一个从零开始的大数组，每个字节Byte都有相应的地址

总线

贯穿整个系统的是一组电子管道，称作总线
内存和处理器之间通过总线来进行数据传递，通常总线被设计成传送固定字长的字节块，也就是字word

输入输出设备

例如键盘、鼠标、显示器以及磁盘等，每一个输入输出设备都通过一个控制器或者适配器与IO总线相连