在《載入記憶體，讓程式執行起來》一節中講到，程式是儲存在硬碟中的，要載入記憶體才能執行，CPU也被設計為只能從記憶體中讀取資料和指令。

對於CPU來說，記憶體僅僅是一個存放指令和資料的地方，並不能在記憶體中完成計算功能，例如要計算 a = b + c，必須將 a、b、c 都讀取到CPU內部才能進行加法運算。為了瞭解具體的運算過程，我們不妨先來看一下CPU的結構。

CPU是一個複雜的計算機部件，它內部又包含很多小零件，如下圖所示：

運算單元是CPU的大腦，負責加減乘除、比較、位移等運算工作，每種運算都有對應的電路支援，速度很快。

暫存器（Register）是CPU內部非常小、非常快速的儲存部件，它的容量很有限，對於32位的CPU，每個暫存器一般能儲存32位（4個位元組）的資料，對於64位的CPU，每個暫存器一般能儲存64位（8個位元組）的資料。為了完成各種複雜的功能，現代CPU都內建了幾十個甚至上百個的暫存器，嵌入式系統功能單一，暫存器數量較少。

我們經常聽說多少位的CPU，指的就是暫存器的的位數。現在個人電腦使用的CPU已經進入了64位時代，例如 Intel 的 Core i3、i5、i7 等。

暫存器在程式的執行過程中至關重要，不可或缺，它們可以用來完成數學運算、控制迴圈次數、控制程式的執行流程、標記CPU執行狀態等。例如，EIP（Extern Instruction Pointer ）暫存器的值是下一條指令的地址，CPU執行完當前指令後，會根據 EIP 的值找到下一條指令，改變 EIP 的值，就會改變程式的執行流程；CR3 暫存器儲存著當前程序頁目錄的實體地址，切換程序就會改變 CR3 的值，這將在《

大家在購買CPU時，也會經常關心快取容量，例如 Intel Core i7 3770K 的三級快取為 8MB，二級快取為 256KB，一級快取為 32KB。容量越大，CPU越強悍。

快取的容量是有限的，CPU只能從快取中讀取到部分資料，對於使用不是很頻繁的資料，會繞過快取，直接到記憶體中讀取。所以不是每次都能從快取中得到資料，這就是快取的命中率，能夠從快取中讀取就命中，否則就沒命中。關於快取的命中率又是一門學問，哪些資料保留在快取，哪些資料不保留，都有複雜的演算法。

CPU指令

要想讓CPU工作，必須藉助特定的指令，例如 add 用於加法運算，sub 用於除法運算，cmp 用於比較兩個數的大小，這稱為CPU的指令集（Instruction Set）。我們的C語言程式碼最終也會編譯成一條一條的CPU指令。不同型號的CPU支援的指令集會有所差異，但絕大部分是相同的。

我們以C語言中的加法為例來演示CPU指令的使用。假設有下面的C語言程式碼：

int a = 0X14, b = 0XAE, c;
c = a + b;

在VS2010 Debug模式下生成的CPU指令為：

mov  ptr[a], 0X14
mov  ptr[b], 0XAE
mov  eax, ptr[a]
add  eax, ptr[b]
mov  ptr[c], eax

mov 和 add 都是CPU指令：
1) mov 用來將一個數值移動到一個儲存位置。這個數值可以是一個常數，也可以在記憶體或者暫存器上；這個儲存位置可以是暫存器或者記憶體。

第一條指令中，ptr[a]表示變數 a 的地址，0X14是一個數值，mov ptr[a], 0X14表示把數值 0X14 移動到 ptr[a] 指向的記憶體，也就是給變數 a 賦值。第二條指令與此類似。

第三條指令中，eax是暫存器的名字，該暫存器常用在加法運算中，用來儲存某個加數或運算結果，mov eax, ptr[a]表示把變數 a 的值移動到暫存器 eax 中。

第五條指令表示把暫存器 eax 的值移動到變數 c 中，此時 exa 中的值為 a、b 相加的和。

2) add 用來將兩個數值相加，這兩個數值可以在暫存器或者記憶體中，add 會將相加的結果放在第一個數所在的位置。第四條指令add  eax, ptr[b]表示把 eax 和 ptr[a] 中的數值相加，並把結果放在 eax 中。

總起來講：第一二條指令給變數 a、b 賦值，第三四條指令完成加法運算，第五條指令將運算結果賦值給變數 c。

實際上，上面的程式碼是組合語言，不是CPU指令，組合語言還要經過簡單的轉換才能成為CPU指令；為了更加容易地說明問題，這些語句也沒有嚴格遵守彙編的語法。有興趣的同學可以自行學習組合語言，這裡不再展開講解。

本節我們講解了CPU的簡單構造以及CPU指令，重點是讓大家認識暫存器這個小而快速的儲存部件，它在程式執行過程中起著至關重要的作用，CPU就是用它來記錄程式的執行狀態，然後根據它的值再決定下一步的操作。

轉自：https://blog.csdn.net/czg13548930186/article/details/52629628