当年学写程序的时古老的物理设备，“打孔卡（Punched Card）”。在纸带或者卡片上打洞，变成一条条纸带或卡片，再交给当时的计算机去处理。

在特定的位置上打洞或者不打洞，来代表“0”或者“1”。

为什么不能用 C 或者 Python 高级语言来写呢？CPU没有能力理解。即使今天计算机，仍只能处理“机器码”（一连串的“0”和“1”）。

高级语言怎么变成“0”和“1”的？一串串“0”和“1”又是怎么在 CPU 中处理的？“机器码”和“计算机指令”到底是怎么回事。

一、在软硬件接口中，CPU帮我们做了什么事？

CPU 就是计算机的大脑。CPU 的全称是 Central Processing Unit，中文是中央处理器。

硬件角度：CPU 就是超大规模集成电路，通过电路实现了加法、乘法乃至各种各样的处理逻辑。

软件角度，CPU执行各种计算机指令（InstructionCode）的逻辑机器。这里指令好比机器语言

不同 CPU 能听懂语言不一样。个人电脑用是 Intel 的 CPU，苹果手机是 ARM 的 CPU。两组不同的计算机指令集，英文叫 Instruction Set（集合）。

计算机程序成千上万条指令组成的，存储在存储器中，这种计算机叫作存储程序型计算机（Stored-programComputer）。

没有现代计算机之前，发明了一种叫 Plugboard Computer “插线板计算机”。布满了各种插口和插座的板子上，不同的电线来连接不同的插口和插座，完成各种计算任务。 IBM 的 Plugboard：

二、从编译到汇编，代码怎么变成机器码？

代码怎么变成指令，被 CPU 执行的呢？ C 语言程序：

让这段程序在Linux上跑起来，需翻译成汇编语言（ASM，Assembly Language）的程序，这个过程叫编译（Compile）成汇编代码。

汇编器（Assembler）翻译汇编代码成机器码（Machine Code）。由“0”和“1”组成机器码（一串串的 16 进制数字）是计算机指令。Linux：

汇编代码：$ gcc -g -c  test.c  

机器码：$ objdump -d -M  intel -S test.o 

左侧数字，就是机器码；右 push、mov、add、pop 汇编代码。一行 C 语言代码，对应一条或两条机器码和汇编代码。

用 GCC（GUC 编译器套装，GUI Compiler Collectipon）编译器时，直接把代码编译成机器码呀，为什么要汇编代码呢？机器码摸不着头脑，汇编代码多少也能“猜”出含义。 add、mov 容易记， 不像8b 45 f8 指令

三、解析指令和机器码

日常 Intel CPU，有 2000 条左右的 CPU 指令，分成五大类。

（1）算术类指令。加减乘除

（2）数据传输类指令。给变量赋值、内存里读写数据

（3）逻辑类指令。与或非

（4）条件分支类指令。“if/else”

（5）无条件跳转指令。调用函数时

汇编器怎么把汇编代码，翻译成为机器码：

MIPS 指令是32 位的整数，高 6 位叫操作码（Opcode），代表具体是什么样的指令，剩下 26 位有三种格式，分别是 R、I 和 J。

R 指令：算术和逻辑操作，有读和写寄存器地址。位移操作有位移操作的位移量，操作码不够时，功能码扩展操作码表示对应的具体指令的。

I 指令，数据传输、条件分支，运算时候用并非变量还是常数的时候。没有位移量、操作码、第三个寄存器，把这三部分合并成了一个地址值或者一个常数。

J 指令：高 6 位之外的 26 位都是跳转后地址。

加法算术指令 add t0,t0,t0, s1, $s2, 例，用十进制表示代码。

MIPS 指令里 opcode 是 0，rs 代表第一个寄存器 s1 的地址是 17，rt 代表第二个寄存器 s2 的地址是 18，rd 代表目标的临时寄存器 t0 的地址，是 8。不是位移操作，位移量是 0。这些数字拼一起，变成了MIPS 加法指令。

二进制数，用 16 进制表示。 0X02324020。数字是指令对应机器码。

1000  1100  1001  0000 0000 1000 00

打孔代表 1，没有打孔代表 0，用 4 行 8 列代表一条指令来打一个穿孔纸带，这条命令长这样：

总结延伸

打孔卡，就是存储程序型计算机。

机器码，程序员“编译”成卡片的。程序存储成打孔卡片。程序运行的逻辑处理一串“0”和“1”组成的机器码。

解释型语言，通过解释器在程序运行时候逐句翻译， Java 这样使用虚拟机的语言，虚拟机对编译出来的中间代码进行解释，即时编译成为机器码来最终执行。

推荐阅读

日常使用 Intel CPU 的指令集有所了解，《计算机组成与设计：软 / 硬件接口》第 5 版的 2.17 小节。

课后思考

把一个数字在命令行里面打印出来，背后对应的机器码是什么？通过 GCC 把这个的汇编代码和机器码打出来。