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希望看什么评论或者私信告诉我 文章目录 一、计算机组成二、程序是如何加载的三、程序在计算机中如何执行 一、计算机组成
现在所说的计算机基本上都是冯诺依曼体系的计算机。其核心原理
冯·诺依曼计算的核心思想是将程序指令和数据以二进制形式存储存储在同一存储器中并使用相同的数据格式和处理方式来处理它们。这种存储程序的设计理念使得计算机能够以可编程的方式执行不同的任务而不需要对硬件进行物理修改。在冯·诺依曼计算中计算机由以下几个主要组件组成控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。
存储器Memory用于存储程序指令和数据。存储器被划分为地址单元每个单元存储一个字节的数据。程序和数据按照地址的顺序存储在存储器中并通过地址来访问。算术逻辑单元Arithmetic Logic UnitALU用于执行算术和逻辑操作控制器Controller协调各个组件的操作控制指令的执行和数据的传输。输入/输出设备Input/Output Devices用于与外部世界进行交互例如键盘、鼠标、显示器、磁盘驱动器等。二、程序是如何加载的
由 冯诺依曼体系我们知道程序想要执行必需先加载到计算机的内存中。首先来看一下程序加载过程。这里以 Java 程序为例。
在IDE或者文本编辑器中写 java 程序如/** author shengjk1 date 10/21/23 */ public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println(“HelloWorld!”); } } 编译编译成 Java 二进制的字节码 javac HelloWorld.java
编译后的文件
加载 JVM 中并执行java HelloWorld借助 JVM 的类加载器将 HelloWorld.Class 加载到 JVM 中
JVM 的内存区域会分为两种数据区和指令区数据区包括
堆Heap堆是 Java 程序运行时动态分配对象的区域。所有通过 new 关键字创建的对象都存储在堆中。堆是 JVM 中最大的一块内存区域被所有线程共享。方法区Method Area方法区用于存储类的元数据信息包括类的结构、常量池、静态变量、编译器优化后的代码等。方法区也被称为永久代Permanent Generation或元空间Metaspace。栈Stack栈用于存储方法执行时的局部变量、方法参数、方法调用和返回的信息。每个线程在运行时都有自己的栈称为线程栈。栈的大小是固定的并且栈中的数据是按照后进先出LIFO的顺序进行操作。本地方法栈Native Method Stack本地方法栈类似于栈但用于执行本地方法Native Method的数据和调用信息。PC 寄存器Program Counter RegisterPC 寄存器存储着当前线程执行的字节码指令地址。当线程切换时PC 寄存器的值会保存和恢复。指令区包括:
指令区用于存储 Java 程序的字节码指令。字节码是 Java 程序的中间表示形式由编译器生成。JVM 在指令区中解释和执行字节码指令。
如下
三、程序在计算机中如何执行
程序计数器Program CounterPC的初始化JVM通过将程序计数器PC的值设置为程序的入口点( 通常就是main方法 )来初始化。程序计数器是一个特殊的寄存器它存储下一条要执行的指令的地址。取指CPU根据程序计数器中存储的地址从存储器中获取下一条要执行的指令。译码CPU对获取的指令进行解码确定其操作类型和所需的操作数。操作数获取如果指令需要操作数CPU从存储器或寄存器中获取操作数的值。指令中的地址或寄存器标识符确定操作数的位置。执行CPU根据指令的操作类型和操作数执行相应的操作。这可能涉及算术运算、逻辑运算、内存访问等。结果存储执行操作后CPU将结果存储在存储器或寄存器中以供后续指令使用或输出到外部设备。更新程序计数器CPU根据指令的执行情况更新程序计数器的值以指示下一条要执行的指令的地址。重复执行重复执行第2步到第7步直到程序的所有指令都被执行完毕。这样程序中的指令按照顺序逐条执行实现了整个程序的功能。
