彙編C語言程式，初探計算機執行原理
張備
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一、知識儲備
1.馮·諾依曼體系結構
馮·諾依曼結構又稱作普林斯頓體系結構（Princetionarchitecture）。1945年，馮·諾依曼首先提出了“儲存程式”的概念和二進位制原理，後來，人們把利用這種概念和原理設計的電子計算機系統統稱為“馮·諾依曼型結構”計算機。馮·諾依曼結構的處理器使用同一個儲存器，經由同一個匯流排傳輸。 馮·諾依曼結構處理器具有以下幾個特點：必須有一個儲存器；必須有一個控制器；必須有一個運算器，用於完成算術運算和邏輯運算；
必須有輸入和輸出裝置，用於進行人機通訊。馮·諾依曼的主要貢獻就是提出並實現了“儲存程式”的概念。由於指令和資料都是二進位制碼，指令和運算元的地址又密切相關，因此，當初選擇這種結構是自然的。但是，這種指令和資料共享同一匯流排的結構，使得資訊流的傳輸成為限制計算機效能的瓶頸，影響了資料處理速度的提高。2.32位彙編介紹
通過馮諾依曼體系我們不難得知，程式的執行程式碼儲存在儲存器中，由控制器控制程式碼的執行流程，將二進位制程式碼一步步變為程式的執行流程。由於二進位制程式碼編寫困難，可讀性性差，因此發明彙編程式碼代替二進位制程式碼。與高階語言不同，彙編程式碼實質上與二進位制程式碼無本質區別。
二進位制編碼一般由操作碼和地址碼
兩部分組成，地址碼一般分為雙地址(mov ax,bx)，單地址(push ax)，和零地址(ret)，我們以8位元組長的暫存器-暫存器變址定址為例，一般設計格式如下：在這種設計下，我們支援4種不同的雙位元組操作碼，最多支援8個不同的暫存器，若mov由01表示，暫存器ax為001、暫存器bx為010，則可以得知二進位制碼01001010代表mov ax , bx ;
若想加入地址編碼，則可以如下設計：
5 3 操作碼OP 源暫存器R1 為了區分單地址和雙地址，可以讓其採操作碼擁有不同的字首碼，如讓00,01,10開頭的為雙位元組碼；而以11開頭的為單位元組碼，由於單地址碼操作碼支援5位，因此實質上系統支援的單地址操作碼有8個。即系統支援三種不同的雙位元組指令，八種不同的單位元組指令，以及八種不同的暫存器進行定址。按照這種方式還可以繼續擴充出零地址指令，我們可以設計不同的操作碼結構來支援系統多樣的指令結構。
以上述兩個設計為例分析二進位制碼：
（1）01001011 由於是01開頭，為雙地址操作碼 則劃分為 01 001 011 則操作是01號操作，兩個運算元分別為001和011；
（2）11001011 由於是11開頭，為單地址操作碼 則劃分為 11001 011 則操作是11001號操作，運算元為011；
我們可以這樣設計彙編碼：操作01代表mov、操作11001代表push、地址001代表ax、地址011代表dx；
則（1）即是mov ax，dx；
（2）即是push dx；
當然我們也可以16位設計變址定址方式的二進位制碼，如
實質上彙編程式碼是二進位制程式碼的一種轉義，彙編碼和二進位制碼結構上高度一致，彙編碼的構成也和二進位制碼相同，分為操作碼和地址碼，像如下設計
因此通過分析一段程式碼的彙編碼，就可以得知一段程式的執行流程，而且其大體上就是計算機在底層中操作的具體過程，x86_32位作業系統支援的指令常見的如下作者有詳細介紹，僅摘抄出本文可能設計到的部分：
movl %esp, %ebp; 將esp的內容傳輸到ebp中 addl $3, %eax; 將eax+3 pushl %ebp; 將esp的內容壓入棧中 popl %ebp; 將棧頂的值彈出放入ebp中 leave; 清除棧空間 call f; 呼叫f函式 ret; 呼叫返回
二、C語言原始碼簡單分析
1、簡單C語言程式碼
int g(int x)
{
return x + 3;
}
int f(int x)
{
return g(x);
}
int main(void)
{
return f(8) + 1;
}
2、將C語言編譯為彙編碼
在Linux下 使用命令
gcc -o Fb.s Fb.c -S -m32
將Fb.c編譯為32位彙編碼Fb.s
由於彙編碼中有大量以 . 開頭的輔助程式碼，這裡我們分析時並不需要
使用命令
egrep "^\s*[a-zA-Z]" Fb.s > grep.S
利用正則表示式將不必要的資訊刪除
g: pushl %ebp; 將ebp的內容壓入棧中 movl %esp, %ebp; 將esp的內容傳輸到ebp中 movl 8(%ebp), %eax; 將epb+8 所指向的內容傳給eax addl $3, %eax; 將eax+3 popl %ebp; 將棧頂的值彈出放入ebp中 ret; 呼叫返回 f: pushl %ebp; 將ebp的內容壓入棧中 movl %esp, %ebp; 將esp的內容傳輸到ebp中 pushl 8(%ebp); 將epb+8 壓棧 call g; 呼叫g函式 addl $4, %esp; 令esp=esp+4 leave; ret; 返回 main: pushl %ebp; 將ebp的內容壓入棧中 movl %esp, %ebp; 將esp的內容傳輸到ebp中 pushl $8; 將8壓入棧中 call f; 呼叫f函式 addl $4, %esp; 令esp=esp+1 addl $1, %eax; eax++ leave; ret; empty
3、理解彙編程式碼的執行過程
4、分析總結
計算機工作，實質上就是從指令中按照順序一步步執行指令，每一條指令包含操作和運算元，運算元一般支援多種定址方式，包括直接定址、暫存器定址、立即定址、相對定址、基址定址、變址定址等不同定址方式、輔助支援現代計算機基於儲存的程式碼執行方式。
操作包含常見的運算操作，類如加減乘除、移位、模除、取反等常見運算指令，但是對於控制程式碼執行來說，更重要的是控制執行流程的指令，如JZ，JNZ，JMP等條件跳轉指令，支援符合某一條件下跳轉到制定程式碼。支援函式呼叫Call和函式返回ret指令，利用堆疊儲存呼叫函式時的堆疊和指令資訊，能夠快速的切換呼叫子函式的上下文。