关于计算机基本问题的探讨

 这篇文章在几年前就写了，回想起来，当初思考的情景依然历历在目！

         有这么一个问题，一直百思不得其解，那就是计算机的源头。我们都知道计算机是由软件与硬件组成，计算机几乎可以实现我们想要的一切操作。这一切都得益于软件的诞生。缺少了软件的计算机，充其量就是死板的电路。学过数字电路的人，应该都会明白，一个具体事项或应用上的操作，完全可以由硬件电路来实现。通常一个简单的问题，我们可以由硬件来实现，也可以由软件来实现。比如，我们考试用的计算器，就是纯粹的硬件电路构成，没有加载任何的程序或软件。我们按计算器上面的数字键以及运算键，就可以实现加，减，乘，除等运算功能。当然，我们也可以通过软件来实现，就是编写一个简单的程序。其实，从本质上来说，我们按计算器上面的键，比如求一个1+2等于多少，我们需要按1，+，2，=，这几个键。我们按的这几个键就已经构成了一个简单的程序，是计算器可识别的二进制程序（高低电平）。为了满足人们的需要，计算机的功能越来起丰富。如果单单靠硬件来实现几乎是不可能了。这样就需要利用软件来实现。但必须说明的是，计算机上任何的应用最终是通过硬件来实现的。任何程序的运行脱离不了硬件。只不过加载了软件的硬件电路使得硬件的功能得到全面的发挥，使我们的硬件能够灵活，从容实现各种应用。换句话说，如果不加载软件，硬件电路的功能将非常死板，难用。

       我们都知道我们计算机的核心就是CPU。没错，正是因为有了CPU作为支撑才有了电脑这么丰富的功能实现。CPU本身就具备了机器指令集的功能。或者说汇编上讲的那些汇编指令的功能。这是完全靠硬件来实现的。试想，我们一个计算器就只能实现计算功能。而其硬件电路已经是挺复杂的了，要让一个CPU在硬件具备这么丰富的功能，可想而知，其电路之复杂。更难能可贵的是，我们所有的功能实现，最终都依托这些指令集的各种组合来实现。

       我们都明白，我们的计算机要安装操作系统，再安装应用程序，就可以做很多事情。书上讲操作系统是最接近硬件的软件，我们的应用程序在操作系统上运行。操作系统的功能是管理各种软硬件资源，控制程序运行等。操作系统支撑应用程序，谁来支撑操作系统。答案是硬件。操作系统用来连接我们的硬件与应用软件。但我们的应用程序和操作系统同样都是软件，都是由C语言来编写的啊？没错，我们利用C语言编写出复杂的操作系统来实现操作系统的各种具体功能。同样，我们也是利用C语言编写出各种应用软件来实现软件的各种功能。学过程序设计语言的人都知道，程序设计语言有高级语言与低级语言之分。像C语言属于高级语言，汇编语言属于低级语言。汇编指令与CPU指令一一对应。我们用C语言写的程序要先编译成低级的汇编语言，再由汇编编译器编译成二进制文件，二进制文件就是计算机可识别可运行的文件。

        以前一直陷入一个不解的思维，一直在想既然应用程序是由C语言来编写的，那么 就需要C编译器，那C编译器是由什么来编写的？是由汇编语言来写的，而汇编语言需要汇编编译器，汇编编译器是由什么来写的？汇编编译器是由机器代码来写的？按此推理，这样一级支撑一级，那机器代码由谁来支撑？到这里就开始模糊了。直到最近，才恍然大悟是由硬件电路来支撑。硬件电路的复杂结构决定他的功能（指令集的实现）。也决定这些指令的机器代码表示。由于硬件电路只识别0或1代表的二进制文件（0，1代表高，低电平）。从这里也暴露自已其实对硬件的本质并不理解，通透。也即数字逻辑电路的本质。应该说软件之所以能够驾驭硬件，本质在于数字逻辑电路集成的硬件本身具备能识别0，1组成的二进制文件，并执行它。（在此想说，有学过数字电路的人，可以在此好好思考这句话的真正意义）。没学过数电的，可能会比较迷茫。不过请看下面的一个例子，或许你就开窍了！

        很多人应该都知道，现在的C编译器，还有汇编编译器，都可由C语言来编写的。这时，大家有可能会发出疑问。C编译器是用来翻译C语言的，或者说有了C编译器，才有了C语言。怎么C语言可用来编写C编译器呢？这不就跟鸡生蛋，蛋生鸡相似了？先不说这两回事是否是一个同样的问题。但必须肯定这的确是事实！原因在于，C语言软件已经通过编译，链接成二进制文件了，并存储在计算机中，硬个电路可以识别并运行的。这时，我们完全可以靠这个二进制的C语言软件来写一个C编译器或汇编编译器，再把它编译，链接成二进制文件。通过运行这个二进制的C编译器，反过来编译C语言软件写的代码。因而，我们发现随着计算机语言的发展，很多编译器已由高级语言来编写了。为什么？容易实现啊！ 编写相对简单得多啊！好比有了飞机，我去一趟北京，干吗不做飞机呢？多省事。要是再由低级语言来写，没几个人做得到，想想当年的机器语言，只有那些真正的计算机专家才能掌握（透彻熟悉理解计算机硬件电路原理）。但追溯历史。历史上的第一个程序肯定也必须是由机器代码来写的。得到印证的是历史上的第一个汇编编译器是由机器代码写的。由此，可以推得历史上第一个C编译器也应只能由汇编语言来写，或者直接由机器代码来写。也就是一句话，任何一种编程语言的第一次（请注意是“第一次”）实现必须由比它低级的语言来编写支撑的。但只要不是第一次，就完全可以由高级语言来编写一个低级语言的编译器。

        以上就是自已最近的所想所得。

       正因为有了以上的解读，才会对操作系统与应用程序的关系有了进一步的理解，以及驱动程序的本质。与应用程序一样，同样是由C语言写的操作系统，蕴涵了丰富强大的功能，使我们在编写应用程序，运行应用程序不用考虑得太多，它帮我们规划好了。至于驱动程序呢？编写驱动

 程序的人一定得熟知该硬件的原理。好比如，U盘的驱动程序。你必须知道U盘的硬件原理，才能编写其驱动程序，再把驱动程序装到电脑上（相当于把U盘的工作原理介绍给操作系统），这样，才能连接使用它。如果不装驱动，计算机肯定不能识别它，运行它。因为不知道它的工作原理。