計算機執行彙編程式碼的原理
組合語言（Assembly Language）是一種低階程式語言，它與機器語言（Machine Language）密切相關。組合語言由人類可讀的指令構成，這些指令會被轉化為機器可以理解的二進位制程式碼，即機器碼。本文將介紹計算機如何執行彙編程式碼的基本原理，並透過圖文說明幫助理解這一過程。
一、什麼是組合語言？
組合語言使用助記符（mnemonics）表示計算機能夠理解的指令。它是人類與硬體之間的橋樑，比機器碼更容易理解，但仍然需要與計算機的硬體架構緊密結合。
示例：
MOV AX, 5 ; 將數值5存入AX暫存器 ADD AX, 3 ; 將數值3與AX暫存器的值相加
在這個例子中，MOV和ADD是組合語言的指令，AX是處理器的暫存器。
二、計算機如何執行彙編程式碼？
彙編程式碼不能直接被計算機執行。它必須經過幾步轉換，最終變成計算機的機器語言。這個過程包括以下幾個階段：
1. 編寫彙編程式碼
程式設計師編寫彙編程式碼，程式碼以助記符的形式指示計算機應該執行的具體操作。
2. 彙編器（Assembler）轉換
彙編器將彙編程式碼轉換為機器碼。每一條彙編指令都與一條或多條機器指令對應，彙編器會將這些助記符翻譯成CPU能夠執行的二進位制指令。
3. 機器碼執行
經過彙編器轉換後的機器碼會被載入到計算機的記憶體中，CPU透過指令週期來執行每一條機器指令。
指令週期（Instruction Cycle） 是CPU執行每一條指令的過程，通常分為以下幾個階段：
- 取指（Fetch）：CPU從記憶體中取出下一條要執行的指令，儲存在指令暫存器（Instruction Register，IR）中。
- 譯碼（Decode）：CPU解釋並識別指令的操作碼（Opcode），確定該指令要求執行的操作。
- 執行（Execute）：CPU執行指令中的操作，如進行算術運算或記憶體讀取。
- 寫回（Write Back）：將計算結果寫回暫存器或記憶體。
下圖展示了CPU執行一條指令的基本流程：
三、彙編程式碼執行示例
我們以一個簡單的彙編程式碼為例，展示其從編寫到執行的過程。
程式碼：
MOV AX, 5 ; 將數值5存入AX暫存器 ADD AX, 3 ; 將數值3與AX暫存器的值相加
1. 編寫階段：
程式設計師編寫上述彙編程式碼，指示將數值5儲存到暫存器AX中，然後將3加到AX的值上。
2. 彙編器轉換：
彙編器將這些指令轉換為相應的機器碼。每條彙編指令都對應一條機器碼：
MOV AX, 5→B8 05 00（B8為MOV指令，05 00為5的二進位制表示）ADD AX, 3→05 03 00（05為ADD指令，03 00為3的二進位制表示）
這些機器碼會被載入到計算機的記憶體中，等待CPU執行。
3. CPU執行：
CPU開始執行機器碼：
- 取指階段：從記憶體中讀取第一條指令
B8 05 00。 - 譯碼階段：CPU將
B8識別為MOV指令，並將5載入到暫存器AX中。 - 執行階段：完成
MOV AX, 5操作，將數值5寫入AX暫存器。 - 取指、譯碼、執行：CPU讀取並執行
ADD AX, 3指令，最終在AX暫存器中儲存8（5+3的結果）。
四、總結
組合語言雖然比機器語言更容易理解，但它仍然緊密依賴硬體架構。計算機透過彙編器將彙編程式碼翻譯為機器碼，並透過指令週期的過程執行每一條指令。瞭解這一過程對於理解計算機底層執行原理具有重要意義。
透過這個流程，我們可以看到從組合語言到機器碼再到實際執行的全過程。