CPU執行程序的原理（簡化過程）

相關術語

RAM：指內存，斷電后內容無法保存，因此叫做易失性存儲；另一個相關的概念是ROM，字面上是只讀存儲器，從字面上里面更適合用於嵌入式設備，現在意義有所延伸，具體自行查找資料。RAM的速度遠快於ROM，CPU與內存直接進行數據交換。

CPU：計算機的所有計算操作都由它執行，只要先記住它是一塊有輸入和輸出的集成電路就行了。

Instruction：指令，是CPU進行操作的基本單元，大致包含操作對象、操作對象的地址、對操作對象進行何種操作。

RAM相關結構

程序要想被CPU執行，首先要被編譯（具體編譯改變，請查看我的另外一篇文章編譯的基本概念）成CPU可以執行的指令操作，這里就不詳細介紹，本文就假設程序已經被編譯好了，放在了內存中。內存中存放的數據分為兩類，一類是指令；另一類是數據，不管是指令還是數據都有其對應的地址。

下圖就是接下來我們將會涉及的內存結構，這是從視頻中直接截取下來的，大家將就着看。

在上圖中，現在已經存放了地址為100、104、108、112的一系列指令；地址為2000、2004、2008的一系列數據。

CPU相關結構

這里只放出CPU的執行指令時涉及的基本結構，真實的情況還會復雜很多。

這里涉及到的結構有Program Counter（程序計數器）、Instruction Register（指令寄存器）、Data Register（數據寄存器）、ALU（算數邏輯單元），可以將計數器、寄存器都可以簡單理解為存放數據的器件。上述程序計數器用來存放指令的地址；指令寄存器用來存放指令（初學者可能會搞混數據和地址的區別，稍加區分就可以分辨）；數據寄存器存放參與計算的數據，下圖中的A、B、C都是數據寄存器；ALU就是用於計算的器件。

執行過程

本文內容為便於理解，僅涉及到CPU和內存間的數據交換。

在了解了RAM和CPU相關結構之后，接下來就可以正式開始說明執行的過程，其實就是對以上敘述內容的一個組合。

 

1. 程序計數器初始內容為100，指向內存中的某一項指令，注意100指的是地址；
2. 指令寄存器根據程序計算器的指向地址，將內存中地址為100的指令抓取到自身，此時存放LOAD A，2000；
3. CPU按照指令內容，將內存地址為2000的數據，上載到數據寄存器A中，此時CPU和RAM的狀態如下圖所示；
4. 以上3步已完成一個指令的基本操作步驟。接下來程序計數器依次指向104指令地址、108指令地址、112指令地址，分別完成將2004地址的數據賦值給B數據寄存器；ALU將A、B內的數據相乘賦值給C數據寄存器；將C數據寄存器數據寫入內容地址2008中。
5. 這樣就完成了50×0.1這個簡單程序的計算，最后CPU和RAM所處狀態如下圖所示。

 

來自：https://blog.csdn.net/dong_daxia/article/details/80289951