冯诺依曼模型
根据 冯诺依曼模型 的定义，最简单的计算机基本结构由5部分组成：控制器、运算器、存储器、输入、输出。
在现代计算机中，控制器和运算器都是内嵌在CPU中，而存储器通常指的是内存，输入和输出则通常指的是键盘和显示器。
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CPU有哪些组件？
CPU通常由
控制单元、逻辑运算单元、寄存器组成。-
控制单元：负责根据指令控制CPU工作，例如从内存中读取数据到寄存器，将寄存器中的两个数据进行加和运算等。 -
逻辑运算单元：负责计算 -
寄存器：包括通用寄存器、程序计数器、指令寄存器-
通用寄存器：用于存放需要运算的数据 -
程序计数器：用于存储下一个要执行指令的内存地址 -
指令寄存器：用于存放正在执行的指令
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明明有了内存为什么CPU还需要寄存器？
因为CPU 从内存中读取数据的速度 与 直接从寄存器中读取数据的速度 差异是很大的！这是效率和造价等权衡下的层次化设计。
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内存扮演什么角色？
在程序运行时，我们的 "程序本身" 和 "程序数据" 都是存储在
内存中，这是一段连续的线性区域。
一个基本的内存存储单位为1字节(8bit), 每一个字节对应一个内存地址。 -
总线扮演什么角色？
总线是将
CPU、内存、以及其他设备关联起来，负责他们之间的通信，总线可分为 3 种：地址总线、数据总线、控制总线-
地址总线，用于指定 CPU 将要操作的内存地址 -
数据总线，用于读写内存的数据 -
控制总线，用于发送和接收信号，比如中断、设备复位等信号，CPU 收到信号后自然进行响应，这时也需要控制总线
image.png当 CPU 要读写内存数据的时：
- 首先要通过「地址总线」来指定内存的地址
- 然后通过「控制总线」控制是读或写命令
- 最后通过「数据总线」来传输数据
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线路位宽 和 CPU位宽
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数据是如何通过线路传输的呢？线路位宽对效率有哪些影响？
其实是通过操作电压，低电压表示 0，高压电压则表示 1。
如果构造了"高低高"这样的信号，对应的二进制数据就是"101" ，十进制则表示"5"。如果只有一条线路，那么二进制数据"101"的需要传输3次，这样的效率通常是不可接受的。
那怎么办呢？只要多条线路一起传输就好！32位CPU 的[数据总线]位宽通常是
32条，意味着一次性能从内存读取4字节的数据。
32位CPU 的[地址总线]位宽通常是32条或36条, 意味着cpu最大的内存寻址能力是2^32=4G或2^40 -
CPU通常有
32位和64位, 它们的差异是啥？这里的位指的是"位宽", 即CPU一次运算能计算的数据量。
这里以32位CPU为例，32位CPU一次能计算4字节，能计算的最大整数 =
2^32 - 1=4294967295当然，这并不意味着32位计算机只能进行小于
4294967295的计算!
例如使用32位CPU进行加和2个64位大小的数字，CPU会先把原数字拆为高位低位2个数字，先进行低位数字加和，算出进位，然后再进行高位数字加和，再加上低位数字加和的进位，最后拼接得到结果。
程序执行的基本过程
程序实际上是一条一条指令，所以程序的运行过程就是把每一条指令一步一步的执行起来，负责执行指令的就是 CPU 了。
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CPU 执行程序是怎么样的？
CPU 执行程序的过程如下：
- 第一步:
- CPU读取
[程序计数器]的值, 这里的值是下一个指令的内存地址。 - CPU的
[控制单元]操作[地址总线]指定需要访问的内存，并通知内存设备准备数据 - 数据准备好后通过
[数据总线]将指令数据传给 CPU - CPU 收到内存传来的数据后，将这个指令数据存入到
[指令寄存器]
- CPU读取
- 第二步：
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[程序计数器]的值自增，表示指向下一条指令。这个自增的大小，由 CPU 的位宽决定，比如 32 位的 CPU，指令是 4 个字节，需要 4 个内存地址存放，因此「程序计数器」的值会自增 4；
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- 第三步:
- CPU 分析
[指令寄存器]中的指令，确定指令的类型和参数 - 如果是计算类型的指令，就把指令交给
[逻辑运算单元]运算 - 如果是存储类型的指令，则交由
[控制单元]执行
- CPU 分析
简单总结一下就是，一个程序执行的时候，CPU 会根据程序计数器里的内存地址，从内存里面把需要执行的指令读取到指令寄存器里面执行，然后根据指令长度自增，开始顺序读取下一条指令。
CPU 从程序计数器读取指令、到执行、再到下一条指令，这个过程会不断循环，直到程序执行结束，这个不断循环的过程被称为 CPU 的指令周期。
- 第一步:
参考： CPU 是如何执行程序的？
