1。CPU如何执行程序？写了这么多代码，你知道a=1+2这段代码是怎么被CPU执行的吗？不知道的不要慌张，接下来我们会一步一步，一层层的攻破这些问题。图灵机是如何工作的？图灵机长什么样？从下图可以看到图灵机的实际外观：图灵机的基本组成如下：有一个“纸带”，纸带由连续的格子组成，每个格子可以写字符，纸带好比内存，纸带上格子里的字符好比内存中的数据或程序；有一个“读写头”，读写头可以读取纸带上任意格子中的字符，也可以将字符写入纸带上的格子中；读写头上有存储单元、控制单元和计算单元等部件：存储单元用于存储数据；控制单元用于识别字符是数据还是指令，控制程序的流程。计算单元是用来执行计算指令的，在知道了图灵机的组成之后，我们就以简单的数学运算1+2为例，看看它是如何执行这行代码的。首先用读写头将“1、2、+”三个字符分别写入纸带上的三个格子中，然后读写头先停在1个字符对应的格子上，然后读-writehead将1读入存储设备，这个存储设备称为图灵机的状态；然后读写头向右移动一格，用同样的方法将2读入图灵机的状态，所以现在图灵机的状态存储了两个连续的数，1和2；当读写头向右移动一个空格时，它会遇到+号。读写头读到+号后，将+号传给“控制单元”，控制单元发现是一个+号，不是数字，所以不存入状态，因为+号是运算符指令，作用是将当前状态相加，所以通知“运算单元”工作，运算单元接收要相加的状态中的值。通知后，会读取state中的1和2进行计算，然后将计算出的结果3存入state中。最后，运算单元将结果返回给控制单元，控制单元将结果传给读写磁头，读写头向右移动，将结果3写入磁带上的格子中。事实上，图灵机看似简单的工作方式，与我们今天的计算机基本相同。接下来，让我们来看看当今计算机的组成和工作方式。冯·诺依曼模型1945年，冯·诺依曼等计算机科学家提出了计算机具体实现的报告，沿用了图灵机的设计，还提出用电子元件来构造计算机，并同意用二进制它还将计算机的基本结构定义为五个部分，即中央处理器（CPU）、存储器、输入设备、输出设备和总线。内存我们的程序和数据都存储在内存中，存储区域是线性的。数据存储的单位是二进制位（bit），即0或1。最小的存储单位是字节，1字节等于8位。内存的地址从0开始编号，然后递增排列。最后一个地址是内存中的总字节数-1。这个结构在我们的程序中就像一个数组，所以在内存中读写任何数据的速度都非常快。一样的。中央处理器（CPU）中央处理器就是我们常说的CPU。32位和64位CPU的主要区别在于一次可以计算多少字节的数据：32位CPU一次可以计算4个字节；64位CPU一次可以计算4个字节；CPU一次可以计算8个字节；**CPU内部组成：寄存器控制单元逻辑运算单元总线总线用于CPU与内存等设备之间的通信。总线可分为三种：地址总线，用于指定CPU要操作的内存地址；数据总线用于读写内存中的数据；控制总线用于发送和接收信号，如中断、设备复位等，CPU收到信号后自然做出响应。它还需要控制总线；当CPU要读写内存数据时，一般需要通过两条总线：首先，必须通过“地址总线”指定内存的地址；然后通过“数据总线”传输数据；1、输出设备输入设备向计算机输入数据，计算机计算后将数据输出给输出设备。这期间，如果输入设备是键盘，按下一个按钮时需要和CPU进行交互，这时就需要控制总线了。a=1+2执行具体流程。在程序编译时，编译器通过分析代码发现1和2是数据，所以在程序运行时，内存中会有专门的区域来存放这些数据。这个区域就是“数据段”。如下图数据1和2的区域位置：数据1存放在0x100；数据2存储在0x104；注意，数据和指令存放在不同的区域，存放指令区的地方称为“文本段”。编译器会将a=1+2翻译成4条指令，并将它们存储在文本段中。如图，这4条指令存放在0x200~0x20c区域：0x200的内容是加载指令将地址0x100的数据1加载到寄存器R0中；0x204的内容是加载指令将地址0x104中的数据2加载到寄存器R0中。0x208的内容是add指令，将寄存器R0和R1的数据相加，结果存入寄存器R2；0x20c的内容是存储指令，将寄存器R2中的数据存储回数据段中的地址0x108，这个地址就是变量a在内存中的地址；编译后，程序执行时，程序计数器会被设置到地址0x200，然后依次执行这4条指令，最终计算出变量a的结果。
