计算机组成原理学习（二）
前言
本次计算机组成原理学习主要分为两块
- 1、计算机组成原理学习（一）
主要对计算计结构和微处理器（CPU）功能原理进行学习 - 2、计算机组成原理学习（二）
主要对CPU，操作系统，汇编、编程语言之间的运行原理进行学习
我们的世界是多元多义的，而计算机的世界永远是枯燥的，除了0就是1，为了能够勾画出我们能够理解的东西，我们定义了单位字节，但是这些又不能被大多数人认知，因为我们不能写一篇文章，然后满篇都是0和1吧，所以后来CPU的架构师们设计了很多机器指令，这些指令刚开始是一些十六进制的机器码，而这些指令的集合就是CPU指令集，随着科技的发展，这样的设计已经不能满足需求，为了让更多的人能够参与进来，顶层设计师们设计了一种最接近CPU指令集的低级语言，我们称它为汇编语言，汇编的诞生，让计算机有了质的发展。
汇编语言已经能够让很多人编写自己的软件，但是这样还不够，因为不同的CPU生产厂家指令集不一致，出现了一个问题就是一次编写不能重复使用，不同的CPU需要一定的修改程序的额外工作，后来就提出了高级语言，CPU厂家根据ISA（工业标准规范架构）统一协定实现并支持汇编语言集合（其中有少些汇编语言功能会有所不同），这种汇编集合就是汇编指令集。
一、CPU指令集（机器语言）和汇编语言
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CPU指令集
由十六进制数字组成的一组指令。每条指令需要查大量的表格来确定每个数字表示什么意思。每个厂家的指令集都有不同。 -
汇编语言
将一组一组的十六进制数字用助记符（Mnemonic）表示，这些助记符就是汇编语言，写好的汇编程序可以通过汇编器（Assembler）去查表把助记符替换成数字，也就把汇编语言翻译成了机器语言。
汇编过程
注意：
1、汇编语言和机器语言的指令是一一对应的，汇编语言有三条指令，机器语言也有三条指令，汇编器就是做一个简单的替换工作
2、
二、32/64位CPU、操作系统、应用程序
- 32/64位CPU
指的是CPU的处理数据的能力（每个CPU时钟周期内，CPU能够处理的数据量（二进制数的位数长度））。
注意：
该能力影响CPU的运算速度和内存寻址能力。位数更大的机器的运算速度和内存寻址能力更快和更大，比如，64位机有比32位机更快的运算速度，64位机支持比32机更大的内存。
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32/64位操作系统
指的是操作系统能够操作的最大内存地址空间。32位只能支持并且操作最大4GB的内存，而64位支持128G内存。 -
32/64位应用程序
指的是该软件能够操作的最大内存地址空间。32位应用程序只能操作最大4GB的内存，而64位支持128G内存。 -
三者位数上关系
从理论上来讲，三者的位数要保持一致的。实际上情况，
1、64位CPU能够运行32位操作系统，32位系统不能运行64位CPU上。
CPU的位数与操作系统的位数间的关系 不同位数的CPU的指令集的指令长度是不同的。所以，理论上32位CPU上只能跑32位操作系统、64位CPU上只能跑64位操作系统。 但是为了实现”升级到64位硬件的同时保证之前购买的32位软件仍然能够运行”，所以主要厂商对CPU进行处理，使64位CPU能够运行32位操作系统。
2、64位操作系统能够运行32位软件，32软件不能运行在64位系统上。
三、程序运行原理
首先我们通过上面的学习，高级语言需要通过翻译成机器语言才能执行，而翻译的方式分为两种，一种是编译型，另一种是解释型，因此我们基本上将高级语言分为两大类，一种是编译型语言，例如C，C++，Java，另一种是解释型语言，例如Python、Ruby、MATLAB 、JavaScript。
- 编译型
源程序全部编译成二进制代码的可运行程序，以后运行该程序无需再经过编译过程。 - 解释型
源程序解释一句，然后执行一句，直至结束，以后每次运行都需要解释引擎，解释一句，执行一句。
注意：
关于Java语言到底是编译型还是解释型，这里不做讨论。
让我们拿一个简单的C程序如何在操作系统中运行作为例子，再细入的学习下整个运行全过程。首先C语言程序需要经过编译后才能运行。编译过程如下：预处理、编译、汇编和链接。
- 预处理
预处理是编译过程的第一遍做替换工作，将头文件，条件编译指令和宏中的引用用真实的实现代码替换，同时完成其他工作。 - 编译
编译是第二遍，它将C语言程序转换为汇编语言程序。 - 汇编
汇编将汇编程序转换成机器语言程序，也就是机器指令序列。 - 链接
是编译的最后阶段。这需要一个或多个目标文件或库作为输入，并结合他们产生一种单一的（通常是可执行文件）文件。在这样做时，它解析引用外部符号，分配给最后地址的程序/函数和变量，并修改代码和数据，以反映新的地址（一个称为重定位的处理）
C语言编译全过程
注意：
1、链接的作用
编译的最后一个阶段是链接，链接的作用是将程序代码与操作系统中自带的动态链接库和系统API进行关联。只有关联后程序才能运行。
如果你们想更细入的了解程序运行过程，那就要去深读《编译原理》。因本人知识有限，如果有错误，请指出，随时沟通交流，感谢。
