童年科普：CPU是怎么看懂代码的？

去年底，有中国开发者已经开发出文言文编程语言，并在GitHub上摘得了5500星，在国内引起不小反响。这件事给普通人的印象是，科技发展日新月异，电脑CPU太厉害，都能读懂文言文了！

CPU真的能看懂文言文代码吗？答案是，CPU既看不懂文言文代码，也看不懂英文代码。

现在的CPU晶体管数量动辄几十亿个，结构非常复杂，但内部传输的信号只有两种：高电压和低电压，分别代表数字信号“1”和“0”（也有相反的），因此CPU唯一能看懂的就是由“1”和“0”组成的代码。

由于程序（代码）存储在电脑硬盘中时，也是“1”和“0”的形式，是否就意味着，只要程序存到硬盘中，CPU就能认识呢？

答案是CPU仍然看不懂这些程序，因为以“1”和“0”位模式存储的程序和以“1”和“0”写成的机器语言完全是两回事，简单说，两者的区别类似于汉语书和英语书都用纸和油墨印制，但依然是两种不同的语言，不会英语的依然看不懂英语书。

机器语言是CPU唯一能看懂的语言，也是第一代编程语言。

图片说明：早期的计算机程序员使用机器语言编程，将用0和1数字编成的程序代码打在纸带或卡片上（打孔代表1，不打孔代表0），再将它通过纸带机或卡片机输入计算机，进行运算。

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机器语言的最大特点是面向计算机硬件编程，简单说就是程序员需要通晓计算机硬件知识，写的程序要真实表示数据是如何被计算机操纵的。对程序员来说这就比较头大，一方面不仅需要通晓计算机硬件知识，另一方面如果计算机使用了不同的硬件，那么就得重新编程。

毕竟上得了“厅堂”（搞掂硬件）下得了“厨房”（玩得转软件），只有少数大神能做到，加上机器语言纯用“0”和“1”序列组成，非常单调枯燥，不仅扼杀了编程的趣味，而且对视力也是一种考验，稍微一眼花，看错1或0的排列位置，就会制造一个大BUG。

于是，有一帮人开始琢磨了：能不能将计算机硬件从编程中分离出来，让硬件知识小白也能编程？

最先开窍的是蓝色巨人IBM，它在其System/360计算机中引入了ISA（Instruction Set Architecture）概念，将编程所需要了解的硬件信息从硬件中抽象出来，这样编程人员就可以面向ISA编程。由于ISA是用来描述编程时用到的抽象机器（不是具体的电脑CPU），包括了一套指令集和一些寄存器，因此，程序员只要知道ISA，不需要了解具体的硬件知识，就可以编写程序，在ISA相同的电脑上运行。

这样一来，就出现了汇编语言，但汇编语言用符号写成，还是不够接地气儿，于是高级语言就诞生了。高级语言的诞生，使程序员将精力从复杂的计算机结构转移到要解决的问题，从而可以专心烹调程序大餐。

由此也可以看出，现在的程序员并不都是了解计算机硬件的，所以妹子们不要指望自己的程序员男朋友给你DIY电脑，或者电脑坏了，他能给你省下一笔修理费。他说不会修，那就是真的不会修。

自从高级语言出现后，人类开始了在编程语言上的放飞自我，经过数十年的发明创造，现在的高级编程语言已超过2500种，像比较知名的C++和Java等，都属于高级语言。

但问题出现了，CPU能理解的机器语言还是那个机器语言，几十年来没有变化，让它读懂高级语言那是不可能的。

怎么办？

其实，早在高级语言出现之前的汇编语言时代，聪明的计算机研发人员就开发出了专门的程序，用来将汇编语言和高级语言翻译成机器语言，其过程相当于将英语名著翻译成汉语著作。

说白了，这种翻译程序相当于人类中的翻译家。

翻译程序有两种工作方法：编译和解释，相应的程序名称是编译器和解释器。两者的区别是，编译是在执行前把整个源程序（高级语言程序）翻译成目标程序（机器语言程序），而解释是一次只翻译和执行源程序中的一行。

打个形象的比方，解释器相当于发布会的实时翻译，演讲的嘉宾说一句，实时翻译马上翻译一句。编译器则相当于著作翻译家，整本翻译完成后，再让出版社印刷上市。

经过翻译程序的努力，现在CPU能看懂程序员写的程序了。当然，用开头提到的文言文编程语言编写的程序想要让CPU看懂，还得多一道翻译步骤，即要么翻译成Javascript，要么翻译成Python。多转了一圈，不知道程序执行效率如何。

由于CPU不能直接理解用高级语言写成的代码，必须依赖翻译程序翻译成机器语言，因此翻译程序可以极大地影响甚至决定处理器性能的发挥。如果没有一个好的翻译程序，那么CPU的性能再强大，也好比茶壶装的饺子，倒不出来。

正因为如此，谷歌在安卓4.4之后，抛弃了Dalvik虚拟机，改为ART，实际是将翻译程序从解释器切换到编译器，发挥了芯片的性能，提高了程序运行效率。

现在，手机大厂包括华为、OPPO和vivo都开始重视编译器开发，说到底就是为了发挥芯片性能，让它不再成为倒不出饺子的茶壶。

最后总结一下，用翻译程序把程序员编写的程序翻译成二进制代码的机器语言后，CPU就能看懂代码了，而且翻译程序的优劣可以影响乃至决定CPU性能发挥。