電腦死機(jī)問題分析

　　從電腦出現(xiàn)至今就一直被死機(jī)伴隨著，幾乎沒有誰的電腦從不遭遇死機(jī)。在使用過程中，偶爾一次死機(jī)應(yīng)該算是正?，F(xiàn)象，如果經(jīng)常死機(jī)，電腦就存在一定的問題了。那么，電腦為什么會(huì)死機(jī)呢?有哪些因素會(huì)造成電腦死機(jī)呢?要搞清楚這些問題，首先要弄清楚，到底什么是死機(jī)?為什么會(huì)發(fā)生死機(jī)?

　　造成死機(jī)的原因是多種多樣的，有軟件問題，有硬件問題，不過，死機(jī)的本質(zhì)都是一樣的。

　　早在N年前，我主持某大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生畢業(yè)答辯的時(shí)候，就向某學(xué)生提出過這樣兩個(gè)問題：

　　1.電腦死機(jī)的時(shí)候，CPU在干什么(或者說，CPU處于什么狀態(tài)?)”

　　2.在計(jì)算機(jī)中，無論指令代碼還是數(shù)據(jù)代碼，都是用二進(jìn)制來表示的，請問，CPU是如何判定某二進(jìn)制代碼是指令代碼還是數(shù)據(jù)代碼?

　　其實(shí)，上面兩個(gè)問題的實(shí)質(zhì)是一樣的，主要涉及到CPU是如何取得指令和如何執(zhí)行指令的，把這兩個(gè)問題搞清楚了，死機(jī)的問題也就容易理解了。

　　首先來看看，馮.諾依曼結(jié)構(gòu)的電腦是如何取得指令、又是如何執(zhí)行指令的：

　　馮.諾依曼(1903～1957)，匈牙利裔數(shù)學(xué)家，1945年戈德斯坦、勃克斯等人，聯(lián)名發(fā)表了一篇長達(dá)101頁紙的報(bào)告，即計(jì)算機(jī)史上著名的“101頁報(bào)告”，提出了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的理論模型--存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)模型(Stored Program Computer)，這就是今天計(jì)算機(jī)最基本的原理模型。

　　這種結(jié)構(gòu)類型計(jì)算機(jī)工作的時(shí)候，首先必須把完成工作步驟和相關(guān)的數(shù)據(jù)用二進(jìn)制代碼表示出來(編寫程序)，然后再把它們保存在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，CPU依次從內(nèi)存中讀相關(guān)的指令代碼和數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，直到完成整個(gè)運(yùn)算過程并輸出結(jié)果。

　　要完成這樣的運(yùn)算過程，人們在設(shè)計(jì)運(yùn)算器(CPU)的時(shí)候，首先就要考慮的是，在一段內(nèi)存中，CPU怎樣區(qū)分指令代碼和數(shù)據(jù)代碼。熟悉計(jì)算機(jī)的人都清楚，指令用來確定“做什么”和“怎樣做”，數(shù)據(jù)是“做”的時(shí)候需要原始數(shù)。

　　比如：要計(jì)算機(jī)做1+2=?中，“+”表示要做什么和怎樣做，1和2則是做的時(shí)候需要的原始數(shù)?，F(xiàn)在假設(shè)某CPU中，“+”用二進(jìn)制“00000001”來表示，“1、2”分別用“00000001、00000010”來表示。那么，這段程序存入內(nèi)存中就是這樣的：

　　XXXX1:00000001

　　XXXX2:00000001

　　XXXX3:00000010 前面的XXXX1 XXXX2 XXXX3表示內(nèi)存的地址

　　從上面可以看出，“+”指令和被加數(shù)是完全相同的，當(dāng)然，這是我故意這樣假設(shè)的，但是，在實(shí)際情況中，這種情況是大量存在的。在正常情況下，CPU只能把XXXX1內(nèi)存中的00000001作為指令，XXXX2內(nèi)存中的00000001作為被加數(shù)才能得到正確的結(jié)果。那么CPU如何才能做到不把第二個(gè)00000001也當(dāng)成“+”呢?

　　1.人們把內(nèi)存的某個(gè)地址規(guī)定為起始地址(又稱為復(fù)位地址)，也就是說，當(dāng)計(jì)算機(jī)開機(jī)或者被強(qiáng)行復(fù)位(也就是機(jī)箱上那個(gè)重啟動(dòng)按鈕按下的的時(shí)候)，CPU立即跳轉(zhuǎn)到這個(gè)地址中，并且把它里面的代碼作為指令來執(zhí)行，同時(shí)根據(jù)這個(gè)指令的長度和格式判斷下一條指令在什么地方。

　　對于X86系列CPU(也就是現(xiàn)在人們常用的什么奔XX、賽XX系列)，它的復(fù)位地址是FFFF0,如果表示成邏輯地址則是：FFFF:0000。對DEBUG比較熟悉的朋友或者會(huì)在一些高級語言中嵌入匯編語言的朋友可以這樣做一個(gè)試驗(yàn)：

　　用DEBUG執(zhí)行一條指令(這是一條無條件跳轉(zhuǎn)指令)：jmp FFFF:0000,或者在高級語言中嵌入這條匯編指令，執(zhí)行后，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)重新啟動(dòng)了。其實(shí)，用程序控制計(jì)算機(jī)重啟的最本質(zhì)的操作就是這樣的。

　　2.給各種指令規(guī)定了相應(yīng)的長度和格式。比如：某數(shù)+某數(shù)這條指令就規(guī)定：這條指令的長度是3個(gè)字節(jié)，其中第一個(gè)字節(jié)表示“+”，后面兩個(gè)字節(jié)表示被加數(shù)和加數(shù)。于是，當(dāng)CPU到達(dá)這個(gè)指令后，就自動(dòng)把第一個(gè)代碼作為指令，后面兩個(gè)代碼作為數(shù)據(jù)，依次類推，第4個(gè)代碼就必然是指令.....

　　現(xiàn)在假設(shè)，CPU在執(zhí)行指令的時(shí)候因某種原因，誤把本來是數(shù)據(jù)的代碼當(dāng)成了指令，結(jié)果除了是計(jì)算結(jié)果出錯(cuò)外死機(jī)也就是必然的了。

　　還是以前面那個(gè)加法程序?yàn)槔寒?dāng)CPU把第三個(gè)代碼(也就是00000010)當(dāng)成了指令，而恰好這個(gè)代碼是一跳轉(zhuǎn)指令，CPU的執(zhí)行結(jié)果將是：XXXX3--跳轉(zhuǎn)--執(zhí)行--跳轉(zhuǎn)--執(zhí)行........進(jìn)入周而復(fù)始的亂條,不過注意，雖然是在亂跳，CPU卻始終是在不停的正常地執(zhí)行指令，所謂的“亂”是對用戶而言，對CPU來說卻是正常的。