20135202闫佳歆--week1 计算机是如何工作的

计算机是如何工作的

这一周我学习了计算机工作的相关知识。

最基础的，就是冯诺依曼体系结构结构，它最核心的思想是存储程序计算机，要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。

除了思想之外，我还复习了曾经学过的汇编相关的知识，包括操作数的类型，寻址的几种方式，还有一些具体的操作指令。这些指令我是第三次接触了，在我之前做过的一篇学习总结中已经有过详细的论述，这里就不再赘述，列出地址给予参考。

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在过往的学习中我了解到，汇编语言是一种机器语言，通过对堆栈，对存储器，对寄存器，等等的操作，来实现一系列的指令。我们日常所使用的诸如c语言这种高级语言，落到具体操作的时候，在计算机的层面，还是依靠汇编语言来执行的，高级语言中简单的一行代码，汇编语言就可能需要很多很多行来逐一实现。这种实现是顺序进行的，通过一些转移指令进行跳转，跳转时又依赖堆栈来保持数据和栈指针。

这种机理，作业中的实验可以很直接的表现出来。

具体实验的步骤，在上学期的课程中已经实践过了，参见上述地址对应总结中最后的作业部分，有实验所用代码，执行语句，精简后的反汇编代码，以及简略的堆栈变化分析。由于当时堆栈分析并不是很详细，所以我重新推演一遍，以求更精准更细致的理解。

我使用的代码（test.c）如下：

#include<stdio.h>
int add(int x)
{
    return x+9;
}

int sec(int x)
{
    return add(x);
}

int main(void)
{
    return sec(15)+9;
}

经过gcc -S -o test.s test.c -m32的指令反汇编后，得到的文件保存在test.s中，精简后得到如下内容：

1    add:
2    	pushl	%ebp
3    	movl	%esp, %ebp
4   	movl	8(%ebp), %eax
5  	    addl	$9, %eax
6   	popl	%ebp
7	    ret
8
9    sec:
10	    pushl	%ebp
11    	movl	%esp, %ebp
12    	subl	$4, %esp
13    	movl	8(%ebp), %eax
14    	movl	%eax, (%esp)
15    	call	add
16    	leave
17    	ret
18
19    main:
20    	pushl	%ebp
21    	movl	%esp, %ebp
22    	subl	$4, %esp
23    	movl	$15, (%esp)
24    	call	sec
25    	addl	$9, %eax
26    	leave
27    	ret

设空栈如下：

从main开始执行，以下为逐句解释：

最开始的时候ebp和esp都指向标号0的位置

pushl	%ebp    ：ebp入栈，保存当前ebp0，esp-4指向标号1
movl	%esp, %ebp  ：将ebp指向标号1
subl	$4, %esp    ：esp-4，指向标号2
movl	$15, (%esp) ：esp指向的栈中标号2对应的地方存储15
call	sec ：将eip（25）入栈，esp-4指向标号3，跳转至sec执行

接下来执行sec中的代码：

pushl	%ebp    ：将ebp（1）入栈，esp-4指向标号4
movl	%esp, %ebp  ：ebp指向标号4
subl	$4, %esp    ：esp-4，指向标号5
movl	8(%ebp), %eax   ：将ebp指向的地址加八对应地址中的数据放入eax，即标号2对应存储数据15，所以（eax）=15
movl	%eax, (%esp)    ：把eax放入esp对应位置，即栈中标号5对应位置
call	add ：将eip（16）入栈，esp-4指向标号6，跳转至add执行

接下来执行add中的代码：

pushl	%ebp    ：ebp（4）入栈，esp-4指向标号7
movl	%esp, %ebp  ：ebp指向标号7
movl	8(%ebp), %eax   ：ebp+8位置中的数据赋给eax，即标号5位置，（eax）=15
addl	$9, %eax    ：eax中数据+9，即15+9=24
popl	%ebp    ：ebp（4）出栈，即ebp指向标号4，esp+4指向标号6
ret ：eip（16）出栈，esp+4指向标号5，跳转至第16行继续执行

接下来又回到sec中继续执行：

leave   ：把ebp赋给esp，即esp指向标号4，ebp（1）出栈，esp+4指向标号3，ebp指向标号1
ret ：eip（25）出栈，esp+4指向标号2，跳转至第25行继续执行

接下来回到main中继续执行：

addl	$9, %eax    ：eax中的数据+9，即24+9=33
leave   ：把ebp赋给esp，即esp指向标号1，ebp（0）出栈，ebp指向标号0，esp+4指向标号0
ret ：此时栈已经空了，恢复最开始的状态，运行结束，最后的结果保存在eax中，为33.

附图三张：