汇编入门第一篇,小白也能看懂
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汇编代码是计算机的一种低级表示,它是一种低级语言,可以从字面角度去理解它,包括处理数据、管理内存、读写存储设备上的数据,以及利用网络通信等。编译器生成机器码经过了一系列的转换,这些转换遵循编程语言
、目标机器的指令集
和操作系统
。
指令集
指令集就是指挥计算机工作的指令,因为程序就是按照一定执行顺序排列的指令。因为计算机的执行控制权由 CPU 操作,所以指令集就是 CPU 中用来计算和控制计算机的一系列指令的集合。每个 CPU 在产出时都规定了与硬件电路相互配合工作的指令集。
指令集有不少分类,但是一般分为两种,一种是精简指令集
,一种是复杂指令集
。具体描述如下
精简指令集
精简指令的英文是 reduced instruction set computer, RISC
,原意是精简指令集计算,简称为精简指令集,是 CPU 的一种 设计模式
,可以把 CPU 想象成一家流水线工厂,对指令数目
和寻址方式
都做了精简,使其实现更容易,指令并行执行程度更好,编译器的效率更高。
常见的精简指令集处理器包括 ARM、AVR、MIPS、PARISC、RISC-V 和 SPARC。
所以你就能理解
这本书是讲啥的了。
它主要是基于 MIPS 体系结构把冯诺依曼体系的五大组件进行了逐一的硬件实现 + 软件设计介绍,更为重要的是引入了诸多并行计算的内容,这是大部分教材中忽略或者内容较少的,会根据这个思路把并行相关的内容,结合 OpenMP, CUDA 和 Hadoop/Spark 整体融入到新书中,毕竟这是未来发展的趋势
还有这本书
这本书又是讲啥的。
这本书是讲 RISC-V 指令集的,因为指令集的不同也区分了三个版本,三个版本???嗯,还有下面这个
这本书是讲 ARM 指令集的。
所以一般在看 CASPP 的时候并发的看看这本书是非常不错的选择。
精简指令集一般具有如下特征
- 统一的指令编码
- 通用的寄存器,一般会区分整数和浮点数
- 简单的寻址模式,复杂寻址模式被简单指令序列来取代
- 支持很少偏门的类型,例如 RISC 支持字节字符串类型。
复杂指令集
复杂指令集的英文是 Complex Instruction Set Computing, CISC
,是一种微处理器指令集架构,也被译为复杂指令集。
复杂指令集包括 System/360、VAX、x86 等。
复杂指令集可以说是在精简指令集之上作出的改变。
复杂指令集的特点是指令数目多而复杂,每条指令字长并不相等,计算机必须加以判读,并为此付出了性能的代价。
一般来说,提升 CPU 性能的方法有如下这几种
- 增加寄存器的大小
- 增进内部的并行性
- 增加高速缓存的大小
- 增加核心时脉的速度
- 加入其他功能,例如 IO 和计时器
- 加入向量处理器
- 硬件多线程技术
比较抽象,我们后面会组织成文章具体介绍一下。
C 编译器会接收其他操作并把其转换为汇编语言
输出,汇编语言是机器级别的代码表示。我们之前介绍过,C 语言程序的执行过程分为下面这几步
下面我们更多的讨论都是基于汇编代码来讨论。
我们日常所接触的高级语言,都是经过了层层封装的结果,所以我们平常是接触不到汇编语言的,更不会用汇编语言来进行编程,这就和你不知道操作系统的存在一样,但其实你每个操作,甚至你双击一个图标都和操作系统有关系。
高级语言的抽象级别很高,但是经过了层层抽象之后,高级语言的执行效率肯定没有汇编语言高,也没有汇编语言可靠。
但是高级语言有更大的优点是其编译后能够在不同的机器上运行,汇编语言针对不同的指令集有不同的表示。并且高级语言学习来更加通俗易懂,降低计算机门槛,让内卷更加严重(当然这是开个玩笑,冒犯到请别当真)。
话不多说,了解底层必须了解汇编语言。否则一个 synchronized 底层实现就能够让你头疼不已。而且,天天飘着也不好,迟早要落地。
了解汇编代码也有助于我们优化程序代码,分析代码中隐含的低效率,并且这种优化方法一旦优化成功,将是量级的提高,而不是改改 if…else ,使用一个新特性所能比的。
机器级代码
计算机系统使用了多种不同形式的抽象,可以通过一个简单的抽象模型来隐藏实现细节。对于机器级别的程序来说,有两点非常重要。
首先第一点,定义机器级别程序的格式和行为被称为 指令集体系结构或指令集架构(instruction set architecture)
, ISA。ISA 定义了进程状态、指令的格式和每一个指令对状态的影响。大部分的指令集架构包括 ISA 用来描述进程的行为就好像是顺序执行的,一条指令执行结束后,另外一条指令再开始。处理器硬件的描述要更复杂,它可以同时并行执行许多指令,但是它采用了安全措施
来确保整体行为与 ISA 规定的顺序一致。
第二点,机器级别对内存地址的描述就是 虚拟地址(virtual address)
,它提供了一个内存模型来表示一个巨大的字节数组。
编译器在整个编译的过程中起到了至关重要的作用,把 C 语言转换为处理器执行的基本指令。汇编代码非常接近于机器代码,只不过与二进制机器代码相比,汇编代码的可读性更强,所以理解汇编是理解机器工作的第一步。
一些进程状态对机器可见,但是 C 语言程序员却看不到这些,包括
程序计数器(Program counter)
,它存储下一条指令的地址,在 x86-64 架构中用%rip
来表示。
程序执行时,PC 的初始值为程序第一条指令的地址,在顺序执行程序时, CPU 首先按程序计数器所指出的指令地址从内存中取出一条指令,然后分析和执行该指令,同时将 PC 的值加 1 并指向下一条要执行的指令。
比如下面一个例子。
这是一段数值进行相加的操作,程序启动,在经过编译解析后会由操作系统把硬盘中的程序复制到内存中,示例中的程序是将 123 和 456 执行相加操作,并将结果输出到显示器上。由于使用机器语言难以描述,所以这是经过翻译后的结果,实际上每个指令和数据都可能分布在不同的地址上,但为了方便说明,把组成一条指令的内存和数据放在了一个内存地址上。
- 整数
寄存器文件(register file)
包含 16 个命名的位置,用来存储 64 位的值。这些寄存器可以存储地址和整型数据。有些寄存器用于跟踪程序状态,而另一些寄存器用于保存临时数据,例如过程的参数和局部变量,以及函数要返回的值。这个文件
是和磁盘文件无关的,它只是 CPU 内部的一块高速存储单元。有专用的寄存器,也有通用的寄存器用来存储操作数。 条件码寄存器
用来保存有关最近执行的算术或逻辑指令的状态信息。这些用于实现控件或数据流中的条件更改,例如实现 if 和 while 语句所需的条件更改。我们都学过高级语言,高级语言中的条件控制流程主要分为三种:顺序执行、条件分支、循环判断
三种,顺序执行是按照地址的内容顺序的执行指令。条件分支是根据条件执行任意地址的指令。循环是重复执行同一地址的指令。- 顺序执行的情况比较简单,每执行一条指令程序计数器的值就是 + 1。
- 条件和循环分支会使程序计数器的值指向任意的地址,这样一来,程序便可以返回到上一个地址来重复执行同一个指令,或者跳转到任意指令。
下面以条件分支为例来说明程序的执行过程(循环也很相似)
程序的开始过程和顺序流程是一样的,CPU 从 0100 处开始执行命令,在 0100 和 0101 都是顺序执行,PC 的值顺序+1,执行到 0102 地址的指令时,判断 0106 寄存器的数值大于 0,跳转(jump)到 0104 地址的指令,将数值输出到显示器中,然后结束程序,0103 的指令被跳过了,这就和我们程序中的 if()
判断是一样的,在不满足条件的情况下,指令会直接跳过。所以 PC 的执行过程也就没有直接+1,而是下一条指令的地址。
- 一组
向量寄存器
用来存储一个或者多个整数或者浮点数值,向量寄存器是对一维数据上进行操作。
机器指令只会执行非常简单的操作,例如将存放在寄存器的两个数进行相加,把数据从内存转移到寄存器中或者是条件分支转移到新的指令地址。编译器必须生成此类指令的序列,以实现程序构造,例如算术表达式求值,循环或过程调用和返回
认识汇编
我相信各位应该都知道汇编语言的出现背景吧,那就是二进制表示数据,太复杂太庞大了,为了解决这个问题,出现了汇编语言,汇编语言和机器指令的区别就在于表示方法上,汇编使用操作数
来表示,机器指令使用二进制来表示,我之前多次提到机器码就是汇编,你也不能说我错,但是不准确。
但是汇编适合二进制代码存在转换关系的。
汇编代码需要经过 汇编器
编译后才产生二进制代码,这个二进制代码就是目标代码,然后由链接器将其连接起来运行。
汇编语言主要分为以下三类
- 汇编指令:它是一种机器码的
助记符
,它有对应的机器码 - 伪指令:没有对应的机器码,由编译器执行,计算机并不执行
- 其他符号,比如 +、-、*、/ 等,由编译器识别,没有对应的机器码
汇编语言的核心是汇编指令,而我们对汇编的探讨也是基于汇编指令展开的。
与汇编有关的硬件和概念
CPU
CPU 是计算机的大脑,它也是整个计算机的核心,它也是执行汇编语言的硬件,CPU 的内部包含有寄存器,而寄存器是用于存储指令和数据的,汇编语言的本质也就是 CPU 内部操作数所执行的一系列计算。
内存
没有内存,计算机就像是一个没有记忆的人类,只会永无休止的重复性劳动。CPU 所需的指令和数据都由内存来提供,CPU 指令经由内存提供,经过一系列计算后再输出到内存。
磁盘
磁盘也是一种存储设备,它和内存的最大区别在于永久存储,程序需要在内存装载后才能运行,而提供给内存的程序都是由磁盘存储的。
总线
一般来说,内存内部会划分多个存储单元,存储单元用来存储指令和数据,就像是房子一样,存储单元就是房子的门牌号。而 CPU 与内存之间的交互是通过地址总线
来进行的,总线从逻辑上分为三种
- 地址线
- 数据线
- 控制线
CPU 与存储器之间的读写主要经过以下几步
读操作步骤
- CPU 通过地址线发出需要读取指令的位置
- CPU 通过控制线发出读指令
- 内存把数据放在数据线上返回给 CPU
写操作步骤
- CPU 通过地址线发出需要写出指令的位置
- CPU 通过控制线发出写指令
- CPU 把数据通过数据线写入内存
下面我们就来具体了解一下这三类总线
地址总线
通过我们上面的探讨,我们知道 CPU 通过地址总线
来指定存储位置的,地址总线上能传送多少不同的信息,CPU 就可以对多少个存储单元进行寻址。
上图中 CPU 和内存中间信息交换通过了 10 条地址总线,每一条线能够传递的数据都是 0 或 1 ,所以上图一次 CPU 和内存传递的数据是 2 的十次方。
所以,如果 CPU 有 N 条地址总线,那么可以说这个地址总线的宽度是 N 。这样 CPU 可以寻找 2 的 N 次方个内存单元。
数据总线
CPU 与内存或其他部件之间的数据传送是由数据总线
来完成的。数据总线的宽度决定了 CPU 和外界的数据传输速度。8 根数据总线可以一次传送一个 8 位二进制数据(即一个字节)。16 根数据总线一次可以传输两个字节,32 根数据总线可以一次传输四个字节。。。。。。
控制总线
CPU 与其他部件之间的控制是通过 控制总线
来完成的。有多少根控制总线,就意味着 CPU 提供了对外部器件的多少种控制。所以,控制总线的宽度决定了 CPU 对外部部件的控制能力。
一次内存的读取过程
内存结构
内存 IC 是一个完整的结构,它内部也有电源、地址信号、数据信号、控制信号和用于寻址的 IC 引脚来进行数据的读写。下面是一个虚拟的 IC 引脚示意图
图中 VCC 和 GND 表示电源,A0 - A9 是地址信号的引脚,D0 - D7 表示的是控制信号、RD 和 WR 都是好控制信号,我用不同的颜色进行了区分,将电源连接到 VCC 和 GND 后,就可以对其他引脚传递 0 和 1 的信号,大多数情况下,+5V 表示1,0V 表示 0。
我们都知道内存是用来存储数据,那么这个内存 IC 中能存储多少数据呢?D0 - D7 表示的是数据信号,也就是说,一次可以输入输出 8 bit = 1 byte 的数据。A0 - A9 是地址信号共十个,表示可以指定 00000 00000 - 11111 11111 共 2 的 10次方 = 1024个地址
。每个地址都会存放 1 byte 的数据,因此我们可以得出内存 IC 的容量就是 1 KB。
如果我们使用的是 512 MB 的内存,这就相当于是 512000(512 * 1000) 个内存 IC。当然,一台计算机不太可能有这么多个内存 IC ,然而,通常情况下,一个内存 IC 会有更多的引脚,也就能存储更多数据。
内存读取过程
下面是一次内存的读取过程。
来详细描述一下这个过程,假设我们要向内存 IC 中写入 1byte 的数据的话,它的过程是这样的:
- 首先给 VCC 接通 +5V 的电源,给 GND 接通 0V 的电源,使用
A0 - A9
来指定数据的存储场所,然后再把数据的值输入给D0 - D7
的数据信号,并把WR(write)
的值置为 1,执行完这些操作后,即可以向内存 IC 写入数据 - 读出数据时,只需要通过 A0 - A9 的地址信号指定数据的存储场所,然后再将 RD 的值置为 1 即可。
- 图中的 RD 和 WR 又被称为控制信号。其中当WR 和 RD 都为 0 时,无法进行写入和读取操作。
总结
此篇文章我们主要探讨了指令集、指令集的分类,与汇编有关的硬件,总线都有哪些,分别的作用都是什么,然后我们以一次内存读取过程来连接一下 CPU 和内存的交互过程。
原创不易,如有帮助还请各位读者四连(点在、在看、分享、留言),感谢各位大佬
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2024/5/2 8:37:00 - --max-old-space-size=8192报错
vue项目运行时,如果经常运行慢,崩溃停止服务,报如下错误 FATAL ERROR: CALL_AND_RETRY_LAST Allocation failed - JavaScript heap out of memory 因为在 Node 中,通过JavaScript使用内存时只能使用部分内存(64位系统&…...
2024/5/3 14:57:24 - 基于深度学习的恶意软件检测
恶意软件是指恶意软件犯罪者用来感染个人计算机或整个组织的网络的软件。 它利用目标系统漏洞,例如可以被劫持的合法软件(例如浏览器或 Web 应用程序插件)中的错误。 恶意软件渗透可能会造成灾难性的后果,包括数据被盗、勒索或网…...
2024/5/2 9:47:25 - JS原型对象prototype
让我简单的为大家介绍一下原型对象prototype吧! 使用原型实现方法共享 1.构造函数通过原型分配的函数是所有对象所 共享的。 2.JavaScript 规定,每一个构造函数都有一个 prototype 属性,指向另一个对象,所以我们也称为原型对象…...
2024/5/4 2:00:16 - C++中只能有一个实例的单例类
C中只能有一个实例的单例类 前面讨论的 President 类很不错,但存在一个缺陷:无法禁止通过实例化多个对象来创建多名总统: President One, Two, Three; 由于复制构造函数是私有的,其中每个对象都是不可复制的,但您的目…...
2024/5/3 22:03:11 - python django 小程序图书借阅源码
开发工具: PyCharm,mysql5.7,微信开发者工具 技术说明: python django html 小程序 功能介绍: 用户端: 登录注册(含授权登录) 首页显示搜索图书,轮播图࿰…...
2024/5/3 7:43:42 - 电子学会C/C++编程等级考试2022年03月(一级)真题解析
C/C++等级考试(1~8级)全部真题・点这里 第1题:双精度浮点数的输入输出 输入一个双精度浮点数,保留8位小数,输出这个浮点数。 时间限制:1000 内存限制:65536输入 只有一行,一个双精度浮点数。输出 一行,保留8位小数的浮点数。样例输入 3.1415926535798932样例输出 3.1…...
2024/5/3 1:54:59 - 配置失败还原请勿关闭计算机,电脑开机屏幕上面显示,配置失败还原更改 请勿关闭计算机 开不了机 这个问题怎么办...
解析如下:1、长按电脑电源键直至关机,然后再按一次电源健重启电脑,按F8健进入安全模式2、安全模式下进入Windows系统桌面后,按住“winR”打开运行窗口,输入“services.msc”打开服务设置3、在服务界面,选中…...
2022/11/19 21:17:18 - 错误使用 reshape要执行 RESHAPE,请勿更改元素数目。
%读入6幅图像(每一幅图像的大小是564*564) f1 imread(WashingtonDC_Band1_564.tif); subplot(3,2,1),imshow(f1); f2 imread(WashingtonDC_Band2_564.tif); subplot(3,2,2),imshow(f2); f3 imread(WashingtonDC_Band3_564.tif); subplot(3,2,3),imsho…...
2022/11/19 21:17:16 - 配置 已完成 请勿关闭计算机,win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机...
win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机”问题的解决方法在win7系统关机时如果有升级系统的或者其他需要会直接进入一个 等待界面,在等待界面中我们需要等待操作结束才能关机,虽然这比较麻烦,但是对系统进行配置和升级…...
2022/11/19 21:17:15 - 台式电脑显示配置100%请勿关闭计算机,“准备配置windows 请勿关闭计算机”的解决方法...
有不少用户在重装Win7系统或更新系统后会遇到“准备配置windows,请勿关闭计算机”的提示,要过很久才能进入系统,有的用户甚至几个小时也无法进入,下面就教大家这个问题的解决方法。第一种方法:我们首先在左下角的“开始…...
2022/11/19 21:17:14 - win7 正在配置 请勿关闭计算机,怎么办Win7开机显示正在配置Windows Update请勿关机...
置信有很多用户都跟小编一样遇到过这样的问题,电脑时发现开机屏幕显现“正在配置Windows Update,请勿关机”(如下图所示),而且还需求等大约5分钟才干进入系统。这是怎样回事呢?一切都是正常操作的,为什么开时机呈现“正…...
2022/11/19 21:17:13 - 准备配置windows 请勿关闭计算机 蓝屏,Win7开机总是出现提示“配置Windows请勿关机”...
Win7系统开机启动时总是出现“配置Windows请勿关机”的提示,没过几秒后电脑自动重启,每次开机都这样无法进入系统,此时碰到这种现象的用户就可以使用以下5种方法解决问题。方法一:开机按下F8,在出现的Windows高级启动选…...
2022/11/19 21:17:12 - 准备windows请勿关闭计算机要多久,windows10系统提示正在准备windows请勿关闭计算机怎么办...
有不少windows10系统用户反映说碰到这样一个情况,就是电脑提示正在准备windows请勿关闭计算机,碰到这样的问题该怎么解决呢,现在小编就给大家分享一下windows10系统提示正在准备windows请勿关闭计算机的具体第一种方法:1、2、依次…...
2022/11/19 21:17:11 - 配置 已完成 请勿关闭计算机,win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机”的解决方法...
今天和大家分享一下win7系统重装了Win7旗舰版系统后,每次关机的时候桌面上都会显示一个“配置Windows Update的界面,提示请勿关闭计算机”,每次停留好几分钟才能正常关机,导致什么情况引起的呢?出现配置Windows Update…...
2022/11/19 21:17:10 - 电脑桌面一直是清理请关闭计算机,windows7一直卡在清理 请勿关闭计算机-win7清理请勿关机,win7配置更新35%不动...
只能是等着,别无他法。说是卡着如果你看硬盘灯应该在读写。如果从 Win 10 无法正常回滚,只能是考虑备份数据后重装系统了。解决来方案一:管理员运行cmd:net stop WuAuServcd %windir%ren SoftwareDistribution SDoldnet start WuA…...
2022/11/19 21:17:09 - 计算机配置更新不起,电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办?
原标题:电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办?win7系统中在开机与关闭的时候总是显示“配置windows update请勿关闭计算机”相信有不少朋友都曾遇到过一次两次还能忍但经常遇到就叫人感到心烦了遇到这种问题怎么办呢?一般的方…...
2022/11/19 21:17:08 - 计算机正在配置无法关机,关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 ,然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机...
关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 ,然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容,让我们赶快一起来看一下吧!关机提示 windows7 正在配…...
2022/11/19 21:17:05 - 钉钉提示请勿通过开发者调试模式_钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用...
钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用 更新时间:2020-04-20 22:24:19 浏览次数:729次 区域: 南阳 > 卧龙 列举网提醒您:为保障您的权益,请不要提前支付任何费用! 虚拟位置外设器!!轨迹模拟&虚拟位置外设神器 专业用于:钉钉,外勤365,红圈通,企业微信和…...
2022/11/19 21:17:05 - 配置失败还原请勿关闭计算机怎么办,win7系统出现“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”,长时间没反应,无法进入系统的解决方案...
前几天班里有位学生电脑(windows 7系统)出问题了,具体表现是开机时一直停留在“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”这个界面,长时间没反应,无法进入系统。这个问题原来帮其他同学也解决过,网上搜了不少资料&#x…...
2022/11/19 21:17:04 - 一个电脑无法关闭计算机你应该怎么办,电脑显示“清理请勿关闭计算机”怎么办?...
本文为你提供了3个有效解决电脑显示“清理请勿关闭计算机”问题的方法,并在最后教给你1种保护系统安全的好方法,一起来看看!电脑出现“清理请勿关闭计算机”在Windows 7(SP1)和Windows Server 2008 R2 SP1中,添加了1个新功能在“磁…...
2022/11/19 21:17:03 - 请勿关闭计算机还原更改要多久,电脑显示:配置windows更新失败,正在还原更改,请勿关闭计算机怎么办...
许多用户在长期不使用电脑的时候,开启电脑发现电脑显示:配置windows更新失败,正在还原更改,请勿关闭计算机。。.这要怎么办呢?下面小编就带着大家一起看看吧!如果能够正常进入系统,建议您暂时移…...
2022/11/19 21:17:02 - 还原更改请勿关闭计算机 要多久,配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机,电脑开机后一直显示以...
配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机,电脑开机后一直显示以以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容,让我们赶快一起来看一下吧!配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机&#x…...
2022/11/19 21:17:01 - 电脑配置中请勿关闭计算机怎么办,准备配置windows请勿关闭计算机一直显示怎么办【图解】...
不知道大家有没有遇到过这样的一个问题,就是我们的win7系统在关机的时候,总是喜欢显示“准备配置windows,请勿关机”这样的一个页面,没有什么大碍,但是如果一直等着的话就要两个小时甚至更久都关不了机,非常…...
2022/11/19 21:17:00 - 正在准备配置请勿关闭计算机,正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了解决教程...
当电脑出现正在准备配置windows请勿关闭计算机时,一般是您正对windows进行升级,但是这个要是长时间没有反应,我们不能再傻等下去了。可能是电脑出了别的问题了,来看看教程的说法。正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了方法一…...
2022/11/19 21:16:59 - 配置失败还原请勿关闭计算机,配置Windows Update失败,还原更改请勿关闭计算机...
我们使用电脑的过程中有时会遇到这种情况,当我们打开电脑之后,发现一直停留在一个界面:“配置Windows Update失败,还原更改请勿关闭计算机”,等了许久还是无法进入系统。如果我们遇到此类问题应该如何解决呢࿰…...
2022/11/19 21:16:58 - 如何在iPhone上关闭“请勿打扰”
Apple’s “Do Not Disturb While Driving” is a potentially lifesaving iPhone feature, but it doesn’t always turn on automatically at the appropriate time. For example, you might be a passenger in a moving car, but your iPhone may think you’re the one dri…...
2022/11/19 21:16:57