電腦系統學習筆記（1）－Hello World的一生。

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

上面是一個c語言的hello world程式，雖然少了return 0, 但這對本文的主題沒有影響。上面的hello.c程式是以一系列的bytes(1byte = 8bits)形式在檔案中存在，每一個byte有個整數值，對應一個字元，而這個整數值叫做ASCII碼，由ASCII碼組成的檔案叫做text files.其餘的檔案叫做binary files。

程式被其他的程式翻譯成不同的形式：

來源程式hello.c(text)會先被前置處理器修改為hello.i(text), 比如：前置處理器會根據指令#include<stdio.h>，把stdio.h標頭檔的內容直接插入到檔案中。

被修改後的hello.i隨後被編譯器編譯為hello.s(組合語言text)。

hello.c再被assembler彙編譯器編譯為hello.o(機器語言binary)

最後，由於函數中有printf()函數，該函數屬於c標準庫，該函數在一個分開的先行編譯檔案中叫做printf.o，要產生可執行檔，必須由Linker(連接器）把hello.o 和 printf.o檔案連結起來，最後就產生了可執行檔hello.

如何執行以上的過程呢？

在我的mac os系統中，首先開啟Terminal(終端), 然後在終端中用cd 命令定位到當前的檔案位置，然後在終端中輸入gcc -o hello hello.c即可完成以上的所有編譯過程，並且產生可執行檔hello, 注意：這條語句中，gcc -o hello hello.c 中間的hello代表產生的可執行檔的名字。

如何運行可執行檔？

完成以上步驟後，只需要在終端輸入./hello即可在終端上列印出hello world了，也可以通過雙擊可執行檔的額方法完成運行。

在我們的電腦中是如何運行可執行檔的呢？

電腦一般由以下幾部分組成：

1. CPU(Central Processing Unit), 也可以叫做Processor.

主要由:register file, PC(program counter), ALU(Arithmetic/Logic Unit), USB(Universal Serial Bus) 構成，主要功能是：

執行儲存在記憶體中的指令。它的核心是一個以word-sized(一個字大小)為基本單位的存放裝置(or register), 叫做program counter(pc),在啟動並執行任意時刻，pc 都指向一個在記憶體中的指令，當執行完當前指令後，pc移動到下一個指令。

2. Main memory(記憶體）

記憶體是一個臨時的存放裝置，當CPU啟動並執行時候，記憶體用來臨時儲存程式和資料，當程式執行完，這些程式和資料都被記憶體清除，

3. Buses(傳輸的線路）

Buses 是用來傳輸資料的線路，Buses能傳輸固定大小的words, 一個word中的bytes在不同機器上的不同，有的是4bytes(32bits), 有的是8bytes(64bits),  並且我們假設buses 每次傳輸一個word.

4. I/O Devices（輸入輸出裝置）

輸入輸出裝置是系統與外界聯絡的橋樑，常見的I/O裝置：鍵盤，滑鼠，螢幕，磁碟(disk).

每一個I/O裝置都通過controller或者adapter(適配器)與I/O Bus相串連，其中，controller和adapter的主要區別是，controller主要是直接在motherboard(main printed circuit board)上面，而adapter是一張插在motherboard上面的卡片

接下來回到重點，電腦運行可執行檔的過程是怎樣的呢？

當我們在Terminal上面輸入./hello之前，shell program(外殼程式）正在執行"等待我們輸入"的指令，當我們鍵入"./hello"的時候，shell program把每一個字元通過Bus讀入CPU中的register, 然後把指令儲存在記憶體中。

當我們鍵入"enter"的時候，shell知道我們已經完成鍵入了，於是通過執行一系列指令把我們的可執行檔hello中的code和data通過磁碟(disk)複製到記憶體(memory).

當hello中的code和data被載入記憶體中後，CPU(processor)開始執行在main中的一系列的機器指令，通過指令把字串"hello, world\n"複製到register file中，並且最終傳輸到輸出裝置----螢幕。

電腦系統學習筆記（1）－Hello World的一生。