1.1 CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)解析

圖1-1展示了程序運行的一般流程。可以說了解程序的運行流程是掌握程序運行機制的基礎(chǔ)和前提。詳細(xì)內(nèi)容會在接下來的章節(jié)中逐漸展開，這里主要是希望大家先有個大致印象。在這一流程中，CPU所負(fù)責(zé)的就是解釋和運行最終轉(zhuǎn)換成機器語言的程序內(nèi)容。

圖1-1 程序運行流程示例

CPU和內(nèi)存是由許多晶體管組成的電子部件，通常稱為IC （Integrated Circuit，集成電路）。從功能方面來看，如圖1-2所示，CPU的內(nèi)部由寄存器、控制器、運算器和時鐘四個部分構(gòu)成，各部分之間由電流信號相互連通。寄存器可用來暫存指令、數(shù)據(jù)等處理對象，可以將其看作是內(nèi)存的一種。根據(jù)種類的不同，一個CPU內(nèi)部會有20～100個寄存器。控制器負(fù)責(zé)把內(nèi)存上的指令、數(shù)據(jù)等讀入寄存器，并根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果來控制整個計算機。運算器負(fù)責(zé)運算從內(nèi)存讀入寄存器的數(shù)據(jù)。時鐘負(fù)責(zé)發(fā)出CPU開始計時的時鐘信號。不過，也有些計算機的時鐘位于CPU的外部。

圖1-2 CPU的四個構(gòu)成部分

接下來簡單地解釋一下內(nèi)存。通常所說的內(nèi)存指的是計算機的主存儲器（main memory），簡稱主存。主存通過控制芯片等與CPU相連，主要負(fù)責(zé)存儲指令和數(shù)據(jù)。主存由可讀寫的元素構(gòu)成，每個字節(jié)（1字節(jié)=8位）都帶有一個地址編號。CPU可以通過該地址讀取主存中的指令和數(shù)據(jù)，當(dāng)然也可以寫入數(shù)據(jù)。但有一點需要注意，主存中存儲的指令和數(shù)據(jù)會隨著計算機的關(guān)機而自動清除。

了解了CPU的構(gòu)造后，大家對程序的運行機制的理解是不是也加深了一些？程序啟動后，根據(jù)時鐘信號，控制器會從內(nèi)存中讀取指令和數(shù)據(jù)。通過對這些指令加以解釋和運行，運算器就會對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算，控制器根據(jù)該運算結(jié)果來控制計算機?？吹健翱刂啤币辉~時，大家可能會將事情想象得過于復(fù)雜，其實所謂的控制就是指數(shù)據(jù)運算以外的處理（主要是數(shù)據(jù)輸入輸出的時機控制）。比如內(nèi)存和磁盤等媒介的輸入輸出、鍵盤和鼠標(biāo)的輸入、顯示器和打印機的輸出等，這些都是控制的內(nèi)容。