[轉自iThome]IT自救術－學電腦先學寫程式

IT自救術－學電腦先學寫程式
文/嚴立群 (記者) 2007-12-27

我認為，想要知道電腦大部分問題的原因，了解電腦的「秘密」，沒有捷徑，你得學怎麼寫程式──即使是只懂一點點也該試著去學。

用了這麼久的電腦，我必須承認我不是專家，但勉強是個通才，通才的特色是「啥都只懂一點點」，所謂「樣樣通樣樣鬆」。所以，接下來本欄的內容，我一直想著該寫些什麼？

「進階的電腦學習」該學些什麼？

作為一份專欄，我想本欄的讀者應該沒人打著「只看專欄內容就可以變成專家」的主意吧！既然如此，在此就請各位以「只打算變成『稍微多懂一點』的心態」來研究電腦這東西，至少你恐怕沒法僅看本欄內容就變成超級專家。

學院派的專家學什麼
首先讓我們來研究一下，「學院派」的「資訊專家」是如何養成的。

假設你是個高中生，考上了大學的「資訊工程系」，那我們可以假設：經過了四年的大學學習生活後，你會成為一個「資訊專業人員」。（當然，這是在如果你沒有玩樂的太過頭，且有用功讀書的前提下才成立的。）

那麼，資訊工程系上些什麼課來培養資訊專業人員呢？雖然我應該可以背得出來，但我也還是去查了一下臺大資訊工程系的課表，課程大致的分類如下：

● 共同科目
通常包含了「國文」、「英文」、「歷史」、「體育」

● 數理基礎
通常有「物理」和「微積分」、「機率」、「統計」、「線性代數」和「離散數學」

● 資訊工程基礎
包含了「計算機概論」、「程式設計」、「資料結構」、「演算法則」

● 軟體系統
「計算機組織」、「系統程式」、「作業系統」、「編譯程式」、「資料庫系統」

● 硬體結構
「計算機結構」、「數位電子/電路」、「數位系統設計」
許多學校會有更多的專業科目讓大四、研究生選修（像是「人工智慧」、「遊戲程式設計」……），讓學生多方研習自己有興趣的領域，為將來的專業生涯紮下更深厚的基礎。不過這些都是比較嚴肅的電腦專業，和我們一般生活的「電腦柴米油鹽醬醋茶」距離頗為遙遠。

既然我們離高中（甚至離大學）已經很久了，那就別管這些吧！知道一下科目名稱不壞就是。

今後以「理解電腦」作為研究目標
那我打算教什麼？離散數學？呵呵，大家別擔心，因為本人的數學程度不佳，所以我也不適合教這種高等數學（因為我也不會，要是我會我也想教）。我想做的，只是想找一個「學習標的」，讓讀者「從學這東西的過程中，逐漸理解電腦的一切。」

這就會有幾個問題：
● 通常「理解」得下更多苦工
如果我們要儘可能理解電腦的一切，那很抱歉，很多的學習項目是單調、無聊、沉悶而痛苦的。但如果你想要理解，就得去學，某些東西甚至得熟悉到會背誦，或是變成你直覺的一部份，因為我們的目標是要「理解」，而不只是「知道」而已。

● 理解的時程往往不能盡如人意
學習的過程是循序的，但是理解的過程卻不一定。有時本人只是用自己認定的邏輯順序去介紹某些項目，但是你不會一下就看懂全部。有時候你得慢慢想，等到「某一天」來臨時才能融會貫通。

● 千萬不能用「見樹不見林」的方式去學任何東西
我認為「單一項目」的學習容易造成誤解，比方說，如果你只是學習「二進位、十進位、八進位和十六進為的轉換」，通常會覺得很痛苦，心中不斷泛出疑問「我學這幹麼哩？」如果你先搞清楚學習的目的，學起來會比較好理解。

● 如果能「有系統的學習」會更好
除了原因之外，還能先知道這「單一項目在整個學習架構裡的地位」會更好。比方說，學習「數碼系統的轉換」，原來是因為「目前的數位電腦僅處理二進位，但為了理解和紀錄的方便則使用八、十或十六進位」，且「這對寫程式和研究處理器是很重要的」，那學習的動機就會比較強烈。

從處理器運作原理開始研究
所以，且讓本人來立一個學習目標，「研究處理器的簡單運作原理」。

處理器，processor，按理來說是個超級尖端的電腦設備。不過，它的基礎運作原理並不複雜，而且也是電腦的一切原理的開端。根據我的想像，要理解處理器的簡單運作原理，得知道下列事情：

● 整臺電腦的組織架構
了解處理器在整臺電腦中的地位和扮演的角色。

● 處理器本身的簡單結構
處理器裡面通常有許多暫存器，你得知道暫存器的角色和功用。

● 數碼系統的轉換
現在的數位計算機通常僅能處理二進位數字，但我們得熟悉各種數碼系統的轉換才能看懂大部分的火星文字（十六進位程式碼）。

● 數字的縮寫和單位的縮寫
處理器就是用來處理「巨量」資料的，而表示巨量資料通常使用英文字母的縮寫，這些縮寫字常造成學習者的困擾。

● 簡單的數位邏輯
大概只需要知道「AND」、「OR」、「NOT」就差不多了（反正剩下的都可這三個組合而成）。

● 如何無中生有寫出會動的程式
要理解某顆處理器，其中一個途徑就是得用該處理器的「指令」寫出程式來，低階的程式和高階的程式都得會寫。不過，我們的目的不是成為程式設計師，所以不必花太多時間在程式語法的學習，我們只是為了要理解處理器的運作原理。

● 釐清處理器硬體和軟體之間的關聯
雖說「硬體」和「軟體」常被視為兩個單獨的個體，但其實「硬體」本來就是被設計用來執行「軟體」，所以廠商在設計硬體的時候，本來就是不斷的考慮軟體執行的效率，所以你得對這兩個個體的「關聯性」有概括性的認識。

● 了解基本的計算機學理基礎
為何電腦能夠進行各種運算？電腦的侷限是什麼？摩爾定律是什麼？安達爾定律的意義為何？為何電腦進行的是「二進位」而不是「三進位」或是「四進位」演算？什麼是杜林機（或是有限自動機），它們代表的意義為何？這些學理並不複雜，反而簡化複雜的表象。

我還漏了什麼嗎？

沒關係，且讓我們一期一期的慢慢研究，每一周都會有一點進度，慢慢來就可以徹底理解了。

寫個印出數字的小程式
那我們「研究處理器」的第一件事，就是利用Windows內建的一個叫做「DEBUG」的小工具，來寫個「能印出 0123456789」的DOS小程式。

DEBUG這小工具從很久以前，就一直內建在DOS 和各版本的Windows裡面，主要可用來寫迷你的小程式。我們想要一窺處理器的奧秘，用這小工具當作一個「開始」還挺合適的。

從「開始」功能表→程式集→附屬應用程式→命令提示字元，然後在命令提示字元下，輸入DEBUG之後按下Enter。按下 Enter後，畫面會出現一個「減號」的提示字元，這時你就可以在DEBUG模式下寫程式了。

輸入問號（?）可以檢查DEBUG的命令格式。

Alt+Enter可以來回切換於「全螢幕提示字元」和「視窗環境」之間。

接著請依序輸入下列幾行字，這就是「從0印到9」組合語言程式碼。不過第一行的A100不是程式，而是用 DEBUG寫程式的宣告。程式第一行是從「MOV CX, 0A」

A100
MOV CX, 0A
MOV AH, 02
MOV DL, 30
INT 21
INC DL
LOOP 0107
INT 20

注意，最後一行程式是INT 20，輸入完畢之後再按一次Enter就可以結束輸入程式。

要執行程式只需要輸入G然後按下Enter，即可看到印出的文字（0~9）出現在下方。

要儲存程式，則請依據下列步驟（假設程式要取名為PN.COM ，意指「Print Number 」）：

RCX
010F
N PN.COM
W

輸入「Q」即可結束DUBUG的執行。

在DOS命令列下，只要輸入PN，程式就會再次印出0~9的數值。從這裡，我們發現：

● 不經說明，DEBUG的操作還真是詭異透頂，又是Q又是A的，不知道在幹麼

● 程式碼也是很奇怪，又是INC又是MOV的，也都不知道在幹嘛

● 程式寫好了存起來，可以反覆使用

● 寫程式表面上並沒有什麼困難就是，短短幾行字卻有神奇的結果出現

DEBUG執行畫面，字均為白色，但為了方便辨別，綠色框內為使用者需要打字輸入的，紅色框內為程式輸出結果。

本期結語：這真是太神奇了
用價值好幾萬的電腦拿來寫這麼無聊的小程式，這當然不是我們的真正目的。而這DEBUG的畫面以及我們輸入的文字，看起來更是透著「邪氣」，看不懂也不知道在做什麼。神奇的是：如果你都輸入正確，它確實可以印出 0123456789，這真是太神奇了。

下期，筆者會從處理器的結構開始說明，幫這幾行程式進行大解密。藉由多寫一點組合語言小程式，我們將會對處理器（主要是Intel x86處理器）獲得更多的認識。