程式執行原理（科普）

目標

• 計算機中的 三大件
• 程式執行的原理
• 程式的作用

01. 計算機中的三大件

計算機中包含有較多的硬體，但是一個程式要執行，有 三個 核心的硬體，分別是：

1. CPU
   
   • 中央處理器，是一塊超大規模的積體電路
   • 負責 處理資料／計算
2. 記憶體
   
   • 臨時 儲存資料（斷電之後，資料會消失）
   • 速度快
   • 空間小（單位價格高）
3. 硬碟
   
   • 永久 儲存資料
   • 速度慢
   • 空間大（單位價格低）

CPU	記憶體	硬碟

思考題

1. 計算機中哪一個硬體裝置負責執行程式？
   
   • CPU
2. 記憶體 的速度快還是 硬碟 的速度快？
   
   • 記憶體
3. 我們的程式是安裝在記憶體中的，還是安裝在硬碟中的？
   
   • 硬碟
4. 我買了一個記憶體條，有 500G 的空間！！！，這句話對嗎？
   
   • 不對，記憶體條通常只有 4G / 8G / 16G / 32G
5. 計算機關機之後，記憶體中的資料都會消失，這句話對嗎？
   
   • 正確

02. 程式執行的原理

1. 程式 執行之前，程式是 儲存在硬碟 中的
2. 當要執行一個程式時
   
   • 作業系統會首先讓 CPU 把程式複製到 記憶體 中
   • CPU 執行 記憶體 中的 程式程式碼

程式要執行，首先要被載入到記憶體

2.1 Python 程式執行原理

1. 作業系統會首先讓 CPU 把 Python 直譯器 的程式複製到 記憶體 中
2. Python 直譯器 根據語法規則，從上向下 讓 CPU
   翻譯 Python 程式中的程式碼
3. CPU 負責執行翻譯完成的程式碼

Python 的直譯器有多大？

• 執行以下終端命令可以檢視 Python 直譯器的大小

# 1. 確認直譯器所在位置
$ which python

# 2. 檢視 python 檔案大小(只是一個軟連結)
$ ls -lh /usr/bin/python

# 3. 檢視具體檔案大小
$ ls -lh /usr/bin/python2.7

提示：建立 軟連結 的目的，是為了方便使用者不用記住使用的直譯器是 哪一個具體版本

03. 程式的作用

程式就是 用來處理資料 的！

• 新聞軟體 提供的 新聞內容、評論……
  是資料
• 電商軟體 提供的 商品資訊、配送資訊…… 是資料
• 運動類軟體 提供的 運動資料…… 是資料
• 地圖類軟體 提供的 地圖資訊、定位資訊、車輛資訊…… 是資料
• 即時通訊軟體 提供的 聊天資訊、好友資訊…… 是資料
• ……

3.1 思考 QQ 程式的啟動過程

1. QQ 在執行之前，是儲存在 硬碟 中的
2. 執行之後，QQ 程式就會被載入到 記憶體 中了

3.2 思考 QQ 程式的 登入 過程

1. 讀取使用者輸入的 QQ 號碼
2. 讀取使用者輸入的 QQ 密碼
3. 將 QQ 號碼 和 QQ 密碼 傳送給騰訊的伺服器，等待伺服器確認使用者資訊

思考 1

在 QQ 這個程式將 QQ 號碼 和 QQ 密碼 傳送給伺服器之前，是否需要先儲存一下 QQ 號碼 和 密碼?

答案

肯定需要！—— 否則 QQ 這個程式就不知道把什麼內容傳送給伺服器了！

思考 2

QQ 這個程式把 QQ 號碼 和 QQ 密碼 儲存在哪裡？

答案

儲存在 記憶體 中，因為 QQ 程式自己就在記憶體中

思考 3

QQ 這個程式是怎麼儲存使用者的 QQ 號碼 和 QQ 密碼 的？

答案

1. 在記憶體中為 QQ 號碼 和 QQ 密碼 各自分配一塊空間
   
   • 在 QQ 程式結束之前，這兩塊空間是由 QQ 程式負責管理的，其他任何程式都不允許使用
   • 在 QQ 自己使用完成之前，這兩塊空間始終都只負責儲存 QQ 號碼 和 QQ 密碼
2. 使用一個 別名 標記 QQ 號碼 和 QQ 密碼 在記憶體中的位置

• 在程式內部，為 QQ 號碼 和 QQ 密碼 在記憶體中分配的空間就叫做 變數
• 程式就是用來處理資料的，而變數就是用來儲存資料的