Немного теории и терминологии
Что собой представляет персональный компьютер? Если говорить о его устройстве, то в нем имеется центральное процессорное устройство (CPU), процессор плавающей арифметики, оперативная память (RAM), кэш-память, постоянная память (ROM) с зашитыми в ней подпрограммами BIOS, контроллеры внешних устройств (дисков, клавиатуры, дисплея и т.д.)... В общем, это весьма сложная система, которая, по-видимому, должна производить обработку данных.
С точки зрения программиста все выглядит несколько проще. Программисту нет дела, например, до кэш-памяти — это “прозрачный” буфер между процессором и основной памятью. Процессорное устройство — это просто набор регистров, содержимое которых интерпретируется и изменяется (в частности, вследствие обмена данными с памятью) на каждом шаге того процесса, который называют исполнением программы. Отдельный шаг — это исполнение машинной инструкции. Инструкции по очереди извлекаются из памяти машины.
Может быть, не все знают, что современные компьютеры, если рассматривать их абстрактно, являются так называемыми машинами фон Неймана. Это означает, что программа, т.е. машинные инструкции, и данные, которые машина должна обрабатывать (числа, текст и т.п.), физически никак не отличаются друг от друга и хранятся в одной и той же оперативной памяти. В каком качестве — инструкций или данных — будет интерпретироваться та или иная информация, зависит от контекста, наличного в данный момент времени. Пока программа обрабатывается компилятором, сохраняется на диске или загружается операционной системой в память, она — “данные”. Только когда программа загружена и операционная система передает управление на ее входную точку, она начинает интерпретироваться как собственно программа, состоящая из инструкций.
В качестве текущей инструкции берется содержимое той ячейки памяти, адрес которой содержится в регистре — указателе инструкций(ip). После исполнения инструкции этот регистр либо получит приращение и будет указывать на следующую по порядку инструкцию, либо будет загружен новым значением, не связанным с предыдущим, что приведет к передаче управления в другую часть программы (это происходит чаще всего при вызове процедуры). При вызовах процедур и функций очень важен еще один регистр — указатель стека (SP). О нем нам еще придется говорить в дальнейшем.
Нам, как программистам, пишущим на C++, нужно очень хорошо представлять себе логическую организацию памяти компьютера, поскольку в этом языке чрезвычайно большую роль играют указатели и ссылки, а также динамическое распределение памяти. Логически память представляет собой непрерывную последовательность 8-битных байтов, идентифицируемых своими адресами. Если некоторый объект (в широком смысле слова — число, строка, структура и т.д.) занимает несколько байтов, то его адресом будет являться адрес его младшего (начального) байта. Адрес на машинах класса Pentium — это, по существу, 32-битное целое число без знака. Указатель (или ссылка) фактически является переменной, которая содержит целое число, представляющее адрес другого объекта.
Важнейшей технической характеристикой компьютера является его разрядность. Разрядность определяется размером регистров процессора; это — размер порции данных, которую процессор способен обработать за один раз, при исполнении одиночной инструкции. Мы с вами будем говорить о программировании 32-битных машин семейства Pentium в той мере, в какой это, будет относиться к конкретным программам, создаваемым с помощью C++Builder; что касается стандартов языка C++, не имеет значения, на какой машине вы работаете.
На практике прикладному программисту не приходится иметь дела с машинными инструкциями и прочими “низменными материями” — он пишет программу на языке высокого уровня, таком, как C++ или Pascal. Заботу об управлении внешними устройствами берет на себя операционная система, оснащенная соответствующими драйверами, в нашем случае — 32-битная система Windows (NT, 95, 98, 2000). Любое устройство графического отображения информации (например, дисплей) представляется контекстом устройства (DC) системы Windows. Действия пользователя (нажатие клавиш, манипуляции мышью) преобразуются системой в события, или сообщения, получаемые прикладной программой. Кстати, Windows и называется системой, управляемой событиями.
Ну вот, мы, кажется, закончили с изложением необходимых сведений об организации персонального компьютера. Этот коротенький параграф может вызвать у читателя недоумение. Мы ввели ряд терминов, по существу никак их не определяя. Честно говоря, все написанное выше предназначено только для того, чтобы просто ввести в обиход некоторые важные слова; что они означают, будет выясняться впоследствии. А теперь мы поговорим о том, как происходит преобразование кода на языке высокого уровня, написанного прикладным программистом, в инструкции процессора, в машинный код, сохраняемый в ехе-файлах системы Windows.
