《程序员的自我修养》之体系结构

2024-08-24 09:08

本文主要是介绍《程序员的自我修养》之体系结构,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

神奇的Hello World

不管哪一门语言,入门开篇首先映入眼帘的就是神奇的Hello World!以C语言为例:

#include <stdio.h>
int main()
{printf("Hello World\n");return 0;
}

当然,我们每个人都知道,这段程序就是向我们打印出一行信息: Hello World。
但是,就这么一个看似简单的不能再简单的程序,却包含有太多我们所不知道,或者是不了解的玄机,比如:
1、 程序为什么只有编译后,才能执行?
2、 编译器在把C语言程序转换成可执行的机器码的过程中,做了什么,又是如何做到的?
3、 最后编译出来的可执行文件里面是什么?除了机器码还有什么?它们是如何存放的,如何组织的?
4、 #include stdio.h>是什么意思?有何作用?C语言库又是什么?它是如何实现的?
5、 不同的编译器(GCC、Microsoft VC)和不同的硬件平台(x86、MIPS、ARM)以及不同的操作系统(Windows、Linux、UNIX),它们最终编译出来的结果一样吗?为什么?
6、 Hello World程序是怎么运行起来的?操作系统是怎么装载它的?它从哪里开始执行,到哪里结束?main函数之前发生了什么?main函数结束之后又发生了什么?
7、 如果没有操作系统,Hello World可以运行吗?如果要在一台没有操作系统的机器上运行Hello World需要什么?应该怎样实现?
8、 printf是怎么实现的?它为什么可以由不定数量的参数?为什么它能够在终端上输出字符串
9、 Hello World程序运行时,它在内存中是什么样子的?

诸如以上这些问题,你知道多少,了解多少????

下面带着这些问题,跟着《程序员的自我修养》的作者一起来探个究竟。

回顾计算机硬件组成结构

不同级别的程序员开发者对计算机硬件组成的关心程度各不一样,有的透彻,有的浅显。
1)系统程序开发人员:CPU、内存、I/O控制芯片
2)普通应用程序开发人员:主要关心CPU就够了
3)高级平台的开发人员(NET/Java/Python等):连CPU都不关心,因为这些平台提供了一个通用的抽象的计算机,只关心这个抽象的计算机就可以了。

早期的CPU、内存以及I/O设备控制器都是直接连接在同一个总线(Bus)上的。

后来,为了协调CPU、内存和高速的图形设备,设计了北桥芯片,以便它们之间能够高速地进行数据交换。

由于北桥芯片运行速度非常高,如果将相对低速的设备也全部连到北桥芯片上,就会导致北桥芯片大材小用,从而南桥芯片应运而生,它是专门来处理哪些低速的设备,如:磁盘、USB、键盘、鼠标等,这些低速设备都连到南桥芯片上,然后由南桥芯片汇总后连接到北桥上。

20世纪90年底的PC在系统总线上采用的是PCI结构,在低速设备上采用的是ISA总线。
这里写图片描述

再看计算机软件体系结构

层与层之间的通信,必须有通信协议,一般称为接口(Interface)。

接口的下面那层是接口的提供者(用来定义接口),接口的上面那层是接口的使用者(使用该接口实现所需的功能)。

应用程序和开发工具处于同一层面,因为它们都使用同一个接口——操作系统应用程序编程接口(API, Application Programming Interface)
API的提供者是运行库(Runtime Library),Linux下的Glibc库提供POSIX的API,Windows的运行库提供Windows API,常见的Win32就是32位的Windows所提供的API。

运行库使用的接口是操作系统提供的系统调用接口(System Call Interface),以软件中断(Software Interrupt)的方式提供。

硬件是硬件接口的提供者(即:硬件定义硬件接口),硬件的接口定义决定了操作系统内科,即:驱动程序如何操作硬件,如何与硬件进行通信。

这篇关于《程序员的自我修养》之体系结构的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1102049

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