1.1 CPU的内部结构解析

图1-1展示了程序运行的一般流程。可以说了解程序的运行流程是掌握程序运行机制的基础和前提。详细内容会在接下来的章节中逐渐展开，这里主要是希望大家先有个大致印象。在这一流程中，CPU所负责的就是解释和运行最终转换成机器语言的程序内容。

图1-1 程序运行流程示例

CPU和内存是由许多晶体管组成的电子部件，通常称为IC （Integrated Circuit，集成电路）。从功能方面来看，如图1-2所示，CPU的内部由寄存器、控制器、运算器和时钟四个部分构成，各部分之间由电流信号相互连通。寄存器可用来暂存指令、数据等处理对象，可以将其看作是内存的一种。根据种类的不同，一个CPU内部会有20～100个寄存器。控制器负责把内存上的指令、数据等读入寄存器，并根据指令的执行结果来控制整个计算机。运算器负责运算从内存读入寄存器的数据。时钟负责发出CPU开始计时的时钟信号。不过，也有些计算机的时钟位于CPU的外部。

图1-2 CPU的四个构成部分

接下来简单地解释一下内存。通常所说的内存指的是计算机的主存储器（main memory），简称主存。主存通过控制芯片等与CPU相连，主要负责存储指令和数据。主存由可读写的元素构成，每个字节（1字节=8位）都带有一个地址编号。CPU可以通过该地址读取主存中的指令和数据，当然也可以写入数据。但有一点需要注意，主存中存储的指令和数据会随着计算机的关机而自动清除。

了解了CPU的构造后，大家对程序的运行机制的理解是不是也加深了一些？程序启动后，根据时钟信号，控制器会从内存中读取指令和数据。通过对这些指令加以解释和运行，运算器就会对数据进行运算，控制器根据该运算结果来控制计算机。看到“控制”一词时，大家可能会将事情想象得过于复杂，其实所谓的控制就是指数据运算以外的处理（主要是数据输入输出的时机控制）。比如内存和磁盘等媒介的输入输出、键盘和鼠标的输入、显示器和打印机的输出等，这些都是控制的内容。