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CPU 执行程序的秘密，藏在了这 15 张图里


CPU 执行程序的秘密，藏在了这 15 张图里文章插图
作者 | 小林coding
来源 | 小林coding（ID：CodingLin）
CPU 执行程序的秘密，藏在了这 15 张图里文章插图
前言代码写了那么多 ， 你知道 a = 1 + 2 这条代码是怎么被 CPU 执行的吗？
软件用了那么多 ， 你知道软件的 32 位和 64 位之间的区别吗？再来 32 位的操作系统可以运行在 64 位的电脑上吗？64 位的操作系统可以运行在 32 位的电脑上吗？如果不行 ， 原因是什么？
CPU 看了那么多 ， 我们都知道 CPU 通常分为 32 位和 64 位 ， 你知道 64 位相比 32 位 CPU 的优势在哪吗？64 位 CPU 的计算性能一定比 32 位 CPU 高很多吗？
不知道也不用慌张 ， 接下来就循序渐进的、一层一层的攻破这些问题 。
CPU 执行程序的秘密，藏在了这 15 张图里文章插图
CPU 执行程序的秘密，藏在了这 15 张图里文章插图
图灵机的工作方式要想知道程序执行的原理 ， 我们可以先从「图灵机」说起 ， 图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程 ， 而且还定义了计算机由哪些部分组成 ， 程序又是如何执行的 。
图灵机长什么样子呢？你从下图可以看到图灵机的实际样子：
CPU 执行程序的秘密，藏在了这 15 张图里文章插图
图来源自：
图灵机的基本组成如下：

  • 有一条「纸带」 ， 纸带由一个个连续的格子组成 ， 每个格子可以写入字符 ， 纸带就好比内存 ， 而纸带上的格子的字符就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的字符 ， 也可以把字符写入到纸带的格子；
  • 读写头上有一些部件 ， 比如存储单元、控制单元以及运算单元：
    1、存储单元用于存放数据；
    2、控制单元用于识别字符是数据还是指令 ， 以及控制程序的流程等；
    3、运算单元用于执行运算指令；
知道了图灵机的组成后 ， 我们以简单数学运算的 1 + 2 作为例子 ， 来看看它是怎么执行这行代码的 。
  • 首先 ， 用读写头把 「1、2、+」这 3 个字符分别写入到纸带上的 3 个格子 ， 然后读写头先停在 1 字符对应的格子上；

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  • 接着 ， 读写头读入 1 到存储设备中 ， 这个存储设备称为图灵机的状态；

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  • 然后读写头向右移动一个格 ， 用同样的方式把 2 读入到图灵机的状态 ， 于是现在图灵机的状态中存储着两个连续的数字 ，1 和 2；

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  • 读写头再往右移动一个格 ， 就会碰到 + 号 ， 读写头读到 + 号后 ， 将 + 号传输给「控制单元」 ， 控制单元发现是一个 + 号而不是数字 ， 所以没有存入到状态中 ， 因为 + 号是运算符指令 ， 作用是加和目前的状态 ， 于是通知「运算单元」工作 。
    运算单元收到要加和状态中的值的通知后 ， 就会把状态中的 1 和 2 读入并计算 ， 再将计算的结果 3 存放到状态中；

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