计算机原理、机器语言原理

一、计算机原理/机器语言原理

计算机的核心部件是CPU（中央处理单元），这是一个有着众多引脚的集成电路。计算机的所有动作均由其内部的“电子运算”而最终产生。从理解的角度上，可以把CPU看作是一套“约定”的集合。当我们通过一些引脚告诉它“1”、“加”、“2”、“运算”、“输出”等信号时，通过CPU设计制作时固定好的“约定”，在其另一些引脚上输出“3”的信号并通知显示设备显示出“3”的图象，我们就此得到了结果。——这些“约定”就是该CPU的机器语言。

不同的CPU有着不同的机器语言。不同机器语言基础上的软件无法通用。某一厂商新型的CPU为了软件的通用性往往向其早期的CPU保持兼容。机器语言是一切软件（包括操作系统）的基础，是计算机最终识别并执行的指令。

任何的机器语言都只接受两种信息：“指令”和“数据”；指令是告诉CPU做什么样的动作，而数据则是动作的对象。比如上文中的“加”、“运算”等是指令，而“1”、“2”是数据。从形式上讲，指令和数据都是二进制信息。但如果将数据当成指令交给CPU处理，通常CPU会无法理解而死机；反之如果将指令当成数据交给CPU则不会引起任何恶果，因为数据不会引起CPU任何的动作。

为验证这一说法，你可以随便将一个文件的扩展名改为COM在DOS下交给系统执行；也可以将命令处理器的扩展名改为TXT用记事本打开（切记不要存盘！）。

二、二进制和计算机存储单位

计算机使用二进制，因为表示两种状态的物质比较容易找到，比如电灯的“灭”和“亮”以及磁场的“负”和“正”。二进制其实就是“逢二进一”。在二进制里，“0”还是“0”，“1”还是“1”，但“2”就写成了“10”（请读成“壹零”而不要读成“十”），同样，“3”是“11”，“4”则是“100”——这种牺牲了位元的做法虽然浪费了存储单元但却相对较易实现。

表示二进制的位元叫“位”（Bit）。一个位有两种属性，“0”或者“1”。我们能够接触到的“xx位操作系统”或者“xx位真彩色”里的“位”就是这个“位”。

计算机的基本存储单元是“字节（Byte）”。一个字节由8个“位”组成。

1024个字节称为1KB。为什么不是1000而是1024呢？因为在二进制里多一位就是多一倍（乘2），因此计算机里充满了2的倍数，而1024是2的10次方。

更大的单位还有MB和GB，1MB=1024KB，1GB=1024MB。

三、操作系统

当人们不想再重复地向计算机输入一套套的机器语言时，操作系统随之诞生。有了它，人们不必再使用二进制的机器语言直接与硬件说话。使用一个COPY命令，就可以实现1823句的机器语言指令来完成信息的复制工作。如果需要复制八个文件，只有傻瓜才愿意重复八次机器语言，聪明人则会将这套指令做成集合然后通过一个命令来调用它——操作系统是用户和计算机硬件中间的“界面”，除了简单高效之外，更重要的是操作系统隔离了高深的理论知识，使得对计算机的使用变成了简便的对操作系统的掌握。

美国微软公司（Microsoft）在操作系统方面做出了巨大贡献。其磁盘操作系统DOS由于开放了所有的机器语言而在最需要的时刻赢得了大量的软件。在DOS里，系统提供了大量的子程序供编程调用，由此DOS 迅速打败了对手而几乎一统天下。代替DOS的图形操作系统Windows更是带领人们进入了自由探索时代。无论如何，使用鼠标器将文件扔到垃圾箱远比记忆DELETE更为直观。

四、磁盘使用原理

磁盘是计算机存储信息的设备。

在DOS/Windows系统下，将软磁盘划分为磁道（磁头静止时主轴马达带动盘片旋转一周形成的圆环）和扇区（磁道上每512个字节被划分为一个扇区）。高密度软盘有80个磁道，每磁道分为18个扇区，加上反正两面都使用，所以总容量是80*18*512*2=1474560 Bytes=1440KB=1.44MB。对于硬盘来讲，因为不

止两个磁头，而且所有的磁头都由一个磁头臂带动，所以划分为柱面（磁头臂不动时主轴电机带动盘片旋转一周形成的圆柱）、磁头（所有磁头依次编号）和扇区（也是512个字节）。

操作系统为了自身目的通常要占用一部分特殊区域。在DOS/Windows操作系统下，这些区域包括引导区（BOOT）、文件分配表（FAT）及根目录区（ROOT），根目录区之后是划分整齐的一块块用户文件存放区。其中引导区存放的是一段用来引导操作系统的“指令”；硬盘因为可以存在多个操作系统，所以除了引导区BOOT外，其第一个扇区里还有一段用来解析硬盘分区的“指令”，叫主引导区（MBR），其内还包括了硬盘的分区表数据。文件分配表和根目录区则全部是“数据”。这些区域都由操作系统负责读写，用户不得删除及直接写入。

对于单台的计算机来说，病毒总是在硬盘里，因为内存在关机时全部清零。引导区BOOT和主引导区MBR 两区域，因其内容是指令性质的程序而成为了病毒感染的敏感区。

五、文件类型

在计算机里，信息的集合被称为“文件”。计算机将多种媒介信息进行数字化而得到了丰富的文件，如声音、图像、文字等等。虽然这些文件在形式上都是二进制信息，但作为不同的类型解释时却有着不同的意义。文件的类型由其文件名中的“扩展名”向系统申明，比如声音的“WAV”，图像的“BMP”，文字的“TXT”等等。DOS系统下的用户有权更改文件的扩展名，Windows操作系统对此稍加了限制，并使用“关联”技术来说明某一文件类型归属哪个软件进行处理。如果系统里没有默认该文件类型的处理方式，双击该文件时系统将询问“打开方式”。错误的打开方式会引起未知的后果。

文件类型虽然众多，但从性质上只有两类，即“可执行文件”和“数据文件”。到目前为止，在DOS/Windows 操作系统下，主要的可执行文件仍然只有两类，即“COM”和“EXE”。还有一种系统可以直接执行的“BAT”文件，叫做“批处理文件”，它是一种用来向操作系统说明执行哪些命令的文字文件，不包含最终指令代码。除COM和EXE外，包含指令代码的还有“OVL/OVR”、“DLL”、“DRV”、“VXD”等文件。“OVL/OVR”是DOS 系统下“覆盖”技术的产物。覆盖技术允许用户将不常用的代码做为覆盖存在，用到的时代调入，用毕释放。Windows系统下这一技术演变为“动态链接库”，其文件类型为“DLL”。“DRV”是Windows系统下的设备驱动程序，“VXD”则是虚拟设备驱动程序。

包含指令代码的文件可能被病毒感染；而数据文件即使被病毒感染，也不会当作“指令”交付CPU执行。

六、TSR程序及中断技术

TSR程序称为驻留程序，DOS系统允许用户编制程序并驻留内存以替代某些系统操作（比如按下

CTRL+ALT+DEL键时不立即重启以避免用户误启动），DOSKEY就是一个典型的TSR程序。这样在不修改系统的情况下达到了更换/升级原系统功能的目的。鼠标和声卡的设备驱动在DOS下也大多通过TSR 实现。TSR技术来源于中断理论。DOS提供了大量丰富的中断程序供用户调用，并且允许用户自行编写中断处理程序来接管原系统中断——写到这里不能不发点儿牢骚：开放的系统是病毒产生的温床，微软为了争取软件而在当时采取的全开放做法是不负责任的行为。实际上可以说，病毒这东西，都是盖茨惹的祸。UNIX和NOVELL下至今鲜有病毒，是最有力的证据，更何况连Windows NT都可以免受CIH的骚扰！较早驻留的TSR程序享有较高的权力，因为它可以监视后来程序的动作。

DOS下的程序（包括TSR）拥有比系统还高的控制权级别。当用户的程序被执行时，DOS交出了所有的权力，直到该程序声明结束时将控制权送回来。

TSR程序在Windows系统下就是显示在任务栏右侧的小图标，比如“金山词霸”和“Norton Anti-Virus”。也有一部分不需要用户干预的不提供图标。TSR通常会因为拦截系统的中断而降低系统性能，同时它也是导致“非法操作”的祸首，当另有程序以系统声明的原来方式直接操作而TSR未予拦截时，其后果往往是崩溃