1.1　看一看CPU的內部構造

大家編寫的程序在運行時需要經歷圖1-1所示的流程。這張圖是了解程序運行原理所必備的基礎知識。詳細內容筆者接下來會進行講解，這里希望大家先有一個大概的印象。CPU是負責對最終轉換為機器語言的程序內容進行解釋和執行的設備。

圖1-1　程序運行的圖示

CPU和內存本質上都是名為集成電路（Integrated Circuit，IC）的電子部件，由大量晶體管構成。從功能上來說，如圖1-2所示，CPU內部是由寄存器、控制器（control unit）、運算器（arithmetic unit）和時鐘（clock）四個部分組成的，它們之間通過電流信號相互連通。寄存器是用來存放指令、數據這些操作對象的空間。一個CPU內部通常有幾個到幾十個不等的寄存器。控制器負責將內存中的指令和數據讀入寄存器，并根據指令的執行結果對計算機進行控制。運算器負責運算從內存中讀入寄存器的數據。時鐘負責產生控制CPU工作節律的時鐘信號，也有一些計算機將時鐘放在CPU的外部。

圖1-2　構成CPU的四個部分

下面來簡單介紹一下內存。在計算機中我們通常所說的內存指的是主存儲器（main memory），簡稱主存。它通過一些控制電路與CPU相連，用于存儲指令和數據。內存由一些可讀寫的存儲元件構成，每個字節（1字節8比特）都分配了一個被稱為地址的編號。CPU通過地址就可以讀取存放在內存中的指令和數據，也可以將數據寫入內存。關閉計算機電源后，內存中存儲的指令和數據就會消失。

弄清楚CPU的構造之后，大家是不是對程序運行的原理有一點概念了呢？當程序啟動時，CPU中的控制器會根據時鐘信號從內存中讀取指令和數據。通過對指令進行解釋和執行，運算器會對數據進行運算，控制器根據運算結果控制計算機進行指定的操作。“控制”這個詞可能有點讓人難以理解，其實它指的就是除運算之外的操作（主要是數據輸入輸出的時機控制）。內存和磁盤的輸入輸出、鍵盤和鼠標的輸入，以及顯示器和打印機的輸出等操作，都屬于控制。