磁盘内存CPU

本文是看完《程序是如何跑起来的》相关章节后写的笔记，主要讲磁盘，内存，CPU和之间相互关系。

1程序的执行过程

程序执行的过程：程序员编写代码，代码编译成可执行的EXE文件，内存中生成EXE文件的副本，CPU对副本解释并执行。

程序从磁盘进入到内存再进入到CPU中解释执行。

也就是最终CPU解释并执行编译后的程序内容，CPU将程序内容分为两个部分对待，数据和指令。

2 CPU

2.1 CPU组成及组成部分简介

CPU由四个部分构成，寄存器，控制器，运算器和时钟。

寄存器用来暂存指令和数据。

控制器负责将内存的中的指令和数据读入寄存器。

运算器负责运算寄存器中的数据。

时钟用来计时。

2.2 CPU处理顺序

根据时钟信号，控制器从内存中读取数据和指令，通过对指令的解释和执行，运算器对数据进行运算，控制器根据结果控制计算机，控制主要包括内存和磁盘的输入输出，键盘和鼠标的输入，显示器和打印机的输出等。

四个部分中，对程序员来说最重要的是寄存器，因为寄存器在程序中以对象的形式存在。

2.1.1寄存器

寄存器大致分为八类：

累加寄存器：存储执行运算的数据和运算后的数据。

标志寄存器：存储运算处理后的CPU的状态。

程序计数器：存储下一条指令所在的内存地址。

基址寄存器：存储内存起始地址。

变址寄存器：存储机制寄存器的相对地址。

通用寄存器：存储任意数据。

指令寄存器：存储指令，CPU内部使用，程序员无法通过程序对这个寄存器进行读写操作。

栈寄存器：存储栈区域的起始地址。

基址寄存器，变址寄存器和通用寄存器一般多个，其他一般只有一个。

一般程序运行

条件分支运行

标志寄存器的作用：当比较a和b的大小时，用a-b，结果正负零存放到标志寄存器中。

函数调用时会调用call指令，在执行0132对应的0260函数之前，会先将0154的地址存放到栈的主存内。函数执行完后调用return，return将存放到主存的地址放到程序计数器中，这样就继续执行下一条指令了。

跳转实际就是将地址存放到程序计数器中。

Call:存放下一条指令地址到栈的主存，将函数的入口地址存放到程序计数器。

Return：读取存放的地址，继续执行原函数。

2.3机器语言的指令的主要类型：

数据转送指令：寄存器和内存，内存和内存，寄存器和外围设备的读写操作。

运算指令：用累加寄存器执行算术运算，逻辑运算，比较运算和位移运算。

跳转指令：实现条件分支，循环和强制跳转。

Call/return指令:函数的调用/返回调用前的下一条指令。

2内存

2.1内存简介

内存和磁盘都是计算机存储数据的部分。

内存是电流驱动的，磁盘是磁效应驱动的，内存读取比磁盘稍快。

内存在断电后数据不再存在，磁盘在断电后数据仍可以保存。

2.2内存组成

内存的功能主要由引脚实现，引脚分为电源，地址信号，数据信号，控制信号。

下图是内存的示意图

VCC和GND是电源信号正负极。RD和WR的read读取和write输入信号。A0-A9是Address地址信号。D0-D7是Data信号。

由于信号只有0或1两种情况，通过排列组合，地址信号共可以表示1024个地址，数据信号则是8位数据，表示一次性可以读写8位数据（1字节）。

地址是存放数据的地方，每次读写向一个地方读写一字节数据，所以至多内存中只能存放1024个地址*1字节=1024字节的数据。就是1KB。

一个这么大的内存单位看做一个内存IC，实际应用中，一个内存IC存在的引脚要更多，一个512MB的内存需要数个内存IC。

读取数据时，首先将RD信号设为1，然后设置A0-A9的数值为某值address，这样就会把内存中address地址下的数据读取到D0-D7中。

输入数据时，首先将WR信号设为1，然后设置A0-A9的数值位某值address，这样就会定位到address，然后内存会将D0-D7的数据输入到指定地址中。

输入输出都是相对于内存来说的，内存中存放的通常是变量等数据，那么外界就一般是硬盘文件等。

由于每个地址中只能存放一个字节的数据，大多数数据类型的大小都是大于一字节的，因此通过设置数据类型，可以在指定的地址和长度下查询数据。

3磁盘

程序运行顺序是保存在磁盘中，内存从磁盘中读取，在CPU中解析执行。

磁盘缓存：将数据从磁盘中读取到内存中，这样之后再读取只需要从内存中获取即可，加快了读取数据的速度。网络图片缓存到本地也和这个类似。

磁盘划分空间通过扇区方式划分，将磁盘划分为一个一个同心圆的区域是磁道。把磁道按照固定大小（能存储的数据大小相同）划分开的部分就是扇区。

假设操场是不是椭圆的。磁道就是操场的跑道，同心圆就是操场的划分的白线，每隔一百米画一块区域，这个区域就是扇区。

扇区是对磁盘读写的最小单位，一般windows使用的一个扇区是512字节，但是windows使用时的单位是簇，簇是扇区的整数倍，一簇可以是一个扇区，也可以是多个扇区，磁盘容量越大，簇就越大。

不同的文件不能存在同一个簇中。不然就会导致文件无法删除。不管多小的文件，都会至少占用一簇的空间，文件的占地大小一定是簇的整数倍。