程序的执行

CPU执行指令时：

1、首先，CPU读取程序计数器（PC，program counter）指针指向的指令，将它导入指令寄存器（IR, Instruction Register），具体来说，完成读取指令有3个步骤：

1. CPU的控制单元操作地址总线指定需要访问的内存地址。（简单理解，就是把PC指针中的值拷贝到地址总线中）。
2. CPU通知内存设备准备数据。
3. CPU收到内存传来的数据后，将这个数据存入指令寄存器。

完成以上3步，CPU成功读取了PC指针指向指令，存入了指令寄存器。

然而，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，那么就交给逻辑运算单元计算；如果是存储类型的指令，那么由控制单元执行。

PC指针自增，准备获取下一条指令。

比如在32位的机器上，指令是32位4个字节，需要4个内存地址存储，因此PC指针会自增4。

 以a=11+15为例。

我们再 Review 下这个问题：程序员写的程序a=11+15是字符串，CPU 不能执行字符串，只能执行指令。所以这里需要用到一种特殊的程序——编译器。编译器的核心能力是翻译，它把一种程序翻译成另一种程序语言。

这里，我们需要编译器将程序员写的程序翻译成 CPU 认识的指令（指令我们认为是一种低级语言，我们平时书写的是高级语言）。

下面我们来详细阐述 a=11+15 的执行过程：

1.编译器通过分析，发现 11 和 15 是数据（代码我们会指明数据类型），因此编译好的程序启动时，会在内存中开辟出一个专门的区域存这样的常数，这个专门用来存储常数的区域，就是数据段，如下图所示：

11 被存储到了地址 0x100；

15 被存储到了地址 0x104；

  

2.编译器将a=11+15转换为4条指令，程序启动后，这些指令被导入了一个专门用来存储指令的区域，也就是正文段，如上图所示，这4条指令被存储到了0x200-0x20c的区域中：

 0x200 位置的 load 指令将地址 0x100 中的数据 11 导入寄存器 R0；

0x204 位置的 load 指令将地址 0x104 中的数据 15 导入寄存器 R1；

0x208 位置的 add 指令将寄存器 R0 和 R1 中的值相加，存入寄存器 R2；

0x20c 位置的 store 指令将寄存器 R2 中的值存回数据区域中的 0x1108 位置。

3.具体执行的时候，PC 指针先指向 0x200 位置，然后依次执行这 4 条指令。

这里还有几个问题要说明一下： 

1.变量 a 实际上是内存中的一个地址，a 是给程序员的助记符。
2.为什么 0x200 中代表加载数据到寄存器的指令是 0x8c000100，我们会在下面详细讨论。

3.不知道细心的同学是否发现，在上面的例子中，我们每次操作 4 个地址，也就是 32 位，这是因为我们在用 32 位宽的 CPU 举例。在 32 位宽的 CPU 中，指令也是 32 位的。但是数据可以小于 32 位，比如可以加和两个 8 位的字节。

4.关于数据段和正文段的内容，会在模块四进程和线程部分继续讲解。