computer-science - 机器代码执行，这是怎么回事？

Question

多年来我一直在学习计算机编程，抽象层使我的理解变得模糊。假设我编译了一些源代码并且我有可执行的机器代码。计算机运行此代码后发生了什么？

例如，假设我运行了一个简单的 if then else 语句并获得了机器代码。执行这条指令的计算机电路发生了什么？

Answer 1

这取决于语言，但对于常规可执行文件(如从 C/C++ 获得)，机器代码是 CPU 将解释为直接指令的位模式。如果你做过任何汇编，这些机器语言指令与汇编指令一对一映射(如果你正在获得 CS 学位，你应该最终参加一两门学习汇编的类(class)，甚至可能需要在汇编之间手动翻译和使用 CPU 引用的机器语言)。

Java 和 C# 等其他语言稍微复杂一些，其中有一个中间“字节码”，在程序运行时被解释并翻译成机器代码，从而使它们能够实现一定的平台独立性。

至于指令本身做什么，这取决于 CPU，但其中一些可能是像下面这样的事情:

• 将值从寄存器*移动到 RAM 地址，反之亦然
• 对两个值执行运算(如加法、XOR、AND、OR 等...)
• 比较两个值(确定它们是否相等或一个是否大于另一个)
• 根据上次比较的结果(在循环中使用)，将当前指令寄存器(跳转)更改为不同的地址
• 将一个值移入堆栈**，或从堆栈中移除一个值
• 将我们的位置/状态保存在栈上，并跳转到一个新地址
• 从堆栈中调用一个保存的位置/状态，并跳回到我们原来所在的位置(最后两个用于函数调用)

可能还有更多。

*寄存器是一些非常小但非常快的内存空间，存在于 CPU 中；某些寄存器用于某些指令。其中之一是当前指令寄存器，它保存下一条要执行的指令的地址。直接更改此值将跳转到新地址，类似于 goto 语句。

**栈是一个内部栈，可以从中以先进后出的方式存储和检索值。函数调用就是这样实现的。就像汉塞尔和格蕾特一样，我们在身后留下面包屑的痕迹，这样我们才能找到回家的路。

此外，对于指令集的组织方式有两种“思想流派”:RISC 和 CISC(精简指令集计算机和复杂指令集计算机)。在 RISC 计算机中，功能较弱的指令要少得多，程序员或编译器需要使用它们的组来完成更复杂的事情。在 CISC 计算机中，指令越来越多，功能也越来越强大，但有一些冗余。基于 Intel 的 CPU 是 CISC。

另见:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Processor_register
• http://en.wikipedia.org/wiki/Instruction_register
• http://en.wikipedia.org/wiki/Stack_(abstract_data_type)
• http://en.wikipedia.org/wiki/Stack-based_memory_allocation
• http://en.wikipedia.org/wiki/Reduced_instruction_set_computing
• http://en.wikipedia.org/wiki/Complex_instruction_set_computing