《程序是怎样跑起来的》[日]矢泽久雄【扫描版_PDF电子书_推荐】_计算机类

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《程序是怎样跑起来的》[日]矢泽久雄【扫描版_PDF电子书_推荐】

内容简介：

本书从计算机的内部结构开始讲起，以图配文的形式详细讲解了二进制、内存、数据压缩、源文件和可执行文件、操作系统和应用程序的关系、汇编语言、硬件控制方法等内容，目的是让读者了解从用户双击程序图标到程序开始运行之间到底发生了什么。同时专设了“如果是你，你会怎样介绍?”专栏，以小学生、老奶奶为对象讲解程序的运行原理，颇为有趣。本书图文并茂，通俗易懂，非常适合计算机爱好者及相关从业人员阅读。

作者简介：

矢泽久雄

YAZAWA股份有限公司董事长兼总经理。GrapeCity信息技术集团顾问。电脑作家之友会会长。

曾在某大型电子公司从事过电脑生产，在Software House做过程序员，现主要从事软件包的开发工作。工作之余笔耕不缀，从电路到编程语言均有涉及。代表作有《计算机是怎样跑起来的》《使用C语言学习程序设计的基础》《征服C++类和继承》等。自称软件艺人。

目  录：

第1章 对程序员来说CPU是什么 1

1.1 CPU的内部结构解析 3

1.2 CPU是寄存器的集合体 6

1.3 决定程序流程的程序计数器 9

1.4 条件分支和循环机制 10

1.5 函数的调用机制 13

1.6 通过地址和索引实现数组 16

1.7 CPU的处理其实很简单 17

第2章 数据是用二进制数表示的 19

2.1 用二进制数表示计算机信息的原因 21

2.2 什么是二进制数 23

2.3 移位运算和乘除运算的关系 25

2.4 便于计算机处理的“补数” 27

2.5 逻辑右移和算术右移的区别 31

2.6 掌握逻辑运算的窍门 34

COLUMN 如果是你，你会怎样介绍?——向小学生讲解CPU和二进制 38

第3章 计算机进行小数运算时出错的原因 41

3.1 将0.1累加100次也得不到10 43

3.2 用二进制数表示小数 44

3.3 计算机运算出错的原因 46

3.4 什么是浮点数 47

3.5 正则表达式和 EXCESS系统 50

3.6 在实际的程序中进行确认 52

3.7 如何避免计算机计算出错 55

3.8 二进制数和十六进制数 56

第4章 熟练使用有棱有角的内存 59

4.1 内存的物理机制很简单 61

4.2 内存的逻辑模型是楼房 65

4.3 简单的指针 67

4.4 数组是高效使用内存的基础 69

4.5 栈、队列以及环形缓冲区 71

4.6 链表使元素的追加和删除更容易 75

4.7 二叉查找树使数据搜索更有效 79

第5章 内存和磁盘的亲密关系 81

5.1 不读入内存就无法运行 83

5.2 磁盘缓存加快了磁盘访问速度 84

5.3 虚拟内存把磁盘作为部分内存来使用 85

5.4 节约内存的编程方法 88

5.5 磁盘的物理结构 93

第6章 亲自尝试压缩数据 97

6.1 文件以字节为单位保存 99

6.2 RLE 算法的机制 100

6.3 RLE 算法的缺点 101

6.4 通过莫尔斯编码来看哈夫曼算法的基础 103

6.5 用二叉树实现哈夫曼编码 105

6.6 哈夫曼算法能够大幅提升压缩比率 109

6.7 可逆压缩和非可逆压缩 110

COLUMN 如果是你，你会怎样介绍?——向沉迷游戏的中学生讲解内存和磁盘 114

第7章 程序是在何种环境中运行的 117

7.1 运行环境=操作系统+硬件 119

7.2 Windows克服了CPU以外的硬件差异 122

7.3 不同操作系统的API不同 124

7.4 FreeBSD Port帮你轻松使用源代码 125

7.5 利用虚拟机获得其他操作系统环境 127

7.6 提供相同运行环境的 Java虚拟机 128

7.7 BIOS和引导 130

第8章 从源文件到可执行文件 133

8.1 计算机只能运行本地代码 135

8.2 本地代码的内容 137

8.3 编译器负责转换源代码 139

8.4 仅靠编译是无法得到可执行文件的 141

8.5 启动及库文件 143

8.6 DLL文件及导入库 145

8.7 可执行文件运行时的必要条件 146

8.8 程序加载时会生成栈和堆 148

8.9 有点难度的Q&A 150

第9章 操作系统和应用的关系 153

9.1 操作系统功能的历史 155

9.2 要意识到操作系统的存在 157

9.3 系统调用和高级编程语言的移植性 160

9.4 操作系统和高级编程语言使硬件抽象化 161

9.5 Windows操作系统的特征 163

COLUMN 如果是你，你会怎样介绍?——向超喜欢手机的女高中生讲解操作系统的作用 170

第10章 通过汇编语言了解程序的实际构成 173

10.1 汇编语言和本地代码是一一对应的 175

10.2 通过编译器输出汇编语言的源代码 177

10.3 不会转换成本地代码的伪指令 180

10.4 汇编语言语法是“操作码+操作数” 182

10.5 最常用的mov指令 185

10.6 对栈进行push和pop 185

10.7 函数调用机制 187

10.8 函数内部的处理 189

10.9 始终确保全局变量用的内存空间 191

10.10 临时确保局部变量用的内存空间 196

10.11 循环处理的实现方法 199

10.12 条件分支的实现方法 202

10.13 了解程序运行方式的必要性 204

第11章 硬件控制方法 209

11.1 应用和硬件无关? 211

11.2 支撑硬件输入输出的IN指令和OUT指令 212

11.3 编写测试用的输入输出程序 215

11.4 外围设备的中断请求 218

11.5 用中断来实现实时处理 221

11.6 DMA可以实现短时间内传送大量数据 222

11.7 文字及图片的显示机制 224

COLUMN 如果是你，你会怎样介绍?——向邻居老奶奶说明显示器和电视机的不同 226

第12章 让计算机“思考” 229

12.1 作为“工具”的程序和为了“思考”的程序 231

12.2 用程序来表示人类的思考方式 232

12.3 用程序来表示人类的思考习惯 235

12.4 程序生成随机数的方法 237

12.5 活用记忆功能以达到更接近人类的判断 239

12.6 用程序来表示人类的思考方式 242

COLUMN 如果是你，你会怎样介绍?——向常光临的酒馆老板讲解计算机的思考机制 245

附录 让我们开始C语言之旅 247

C语言的特点 247

变量和函数 248

数据类型 249

标准函数库 250

函数调用 251

局部变量和全局变量 254

数组和循环 255

其他语法结构 256

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程序 计算机 CPU 二进制

摘要：《程序是怎样跑起来的》是一本面向广大计算机爱好者和初学者的经典科普读物。作者矢泽久雄以通俗易懂的语言，将看似复杂的程序运行原理拆解为一个个容易理解的知识模块，引导读者从计算机内部结构、程序执行过程、内存管理机制以及软件与硬件协作关系等多个维度，认识程序运行背后的逻辑世界。书中不仅讲解了CPU、内存、操作系统等核心概念，还结合大量实例帮助读者建立系统化认知，使抽象的计算机原理变得具体而生动。无论是编程初学者还是希望深入理解计算机运行机制的技术人员，都能够从中获得启发。通过阅读本书，读者能够逐步理解代码如何转化为实际操作，数据如何在系统中流转，以及程序为何能够完成各种复杂任务，从而为后续学习编程语言、系统开发和软件设计奠定坚实基础。

程序运行原理解析

《程序是怎样跑起来的》最大的特点在于将复杂的程序执行过程进行了层层拆解。很多人在学习编程时，往往只关注代码的编写，却忽视了代码运行背后的机制。本书通过循序渐进的讲解，让读者认识到程序并非简单的文字组合，而是一系列能够被计算机理解和执行的指令集合。

在程序运行过程中，CPU承担着核心角色。书中详细介绍了CPU如何读取指令、解析指令并执行指令的过程。通过了解这些基础知识，读者能够认识到每一行代码最终都会转化为机器能够识别的操作，从而完成各种计算和控制任务。

作者还通过实际案例说明程序运行时的数据流动过程。例如用户点击一个按钮后，系统如何接收输入、处理数据并反馈结果。这种从实际场景出发的讲解方式，大大降低了学习门槛，使抽象概念变得更加具体。

对于许多初学者来说，程序运行往往是一种看不见的过程。本书则像一把钥匙，帮助读者打开计算机内部世界的大门，让隐藏在屏幕背后的运行机制逐渐清晰起来。

计算机核心部件协作

程序能够顺利运行，离不开计算机各个核心部件之间的协同配合。《程序是怎样跑起来的》用浅显的语言介绍了CPU、内存、硬盘以及输入输出设备之间的关系，使读者能够从整体角度理解计算机系统。

书中指出，CPU虽然负责处理指令，但真正存储数据和程序内容的却是内存。程序在运行之前需要从硬盘加载到内存之中，然后由CPU进行读取和执行。这种工作模式是现代计算机运行的基础，也是理解软件运行机制的重要前提。

作者还特别强调了内存的重要性。很多软件运行速度的差异，并不仅仅取决于处理器性能，还与内存读写效率密切相关。通过相关讲解，读者能够理解为什么大型软件往往需要更多内存资源。

除此之外，输入设备与输出设备在整个系统中也承担着关键作用。键盘、鼠标以及显示器等设备不断与程序进行数据交换，共同构成完整的人机交互过程。书中的相关内容让读者认识到，计算机其实是一个高度协同运作的整体。

内存机制深入探究

内存管理是计算机科学中的重要内容，也是《程序是怎样跑起来的》重点阐述的部分之一。作者通过大量生活化比喻，将复杂的内存概念转化为容易理解的知识体系，使读者能够快速掌握相关原理。

书中介绍了变量与内存之间的关系。程序中的每一个变量都会占据一定的存储空间，而不同类型的数据所占用的空间大小也有所区别。理解这些内容后，读者能够更加清楚地认识程序运行时的数据存储方式。

作者还讲解了栈和堆等重要概念。对于初学者而言，这些术语往往显得晦涩难懂，但通过书中的实例分析，读者可以逐步理解函数调用、数据分配以及资源释放等过程背后的运行逻辑。

在现代软件开发中，内存管理直接影响程序性能和稳定性。本书不仅解释了内存的基本工作机制，还帮助读者建立性能优化意识，为进一步学习高级编程技术提供理论支撑。

软件硬件融合思维

很多人在学习编程时容易将软件与硬件割裂开来，而《程序是怎样跑起来的》则强调两者之间密不可分的联系。程序本质上是运行在硬件之上的逻辑规则，没有硬件支持，软件也无法发挥作用。

作者从操作系统的角度出发，说明软件如何通过系统接口调用硬件资源。程序员虽然通常不会直接控制底层硬件，但操作系统会充当中间桥梁，将复杂的硬件操作进行封装，从而提升开发效率。

书中还介绍了二进制数据、机器语言以及编译过程等内容。读者可以了解到高级编程语言编写的代码是如何一步步转换为机器能够执行的指令。这种知识有助于建立更加完整的计算机认知体系。

通过对软硬件协作关系的深入分析，本书帮助读者摆脱单纯学习语法的局限，从更高层面理解程序设计的本质。这种思维方式对于后续学习系统开发、网络技术以及人工智能等领域都具有重要价值。

总结：

《程序是怎样跑起来的》不仅是一本介绍计算机基础知识的入门读物，更是一部帮助读者建立系统思维的优秀作品。作者通过生动形象的讲解方式，将CPU、内存、程序执行流程以及软硬件协同机制等核心知识串联起来，使复杂的计算机原理变得容易理解。对于刚接触编程的人而言，这本书能够有效弥补理论认知上的空白，帮助建立正确的技术基础。

从学习价值来看，本书最大的意义在于帮助读者理解程序背后的运行逻辑，而不仅仅停留在代码编写层面。当读者真正明白程序是如何跑起来的时候，面对新的编程语言和技术框架也能够更加从容。无论是计算机专业学生、软件开发初学者，还是对计算机工作原理感兴趣的读者，都能够从这本经典著作中获得丰富收获与深刻启发。

本文由nayona.cn整理

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