操作系统（2）- 程序的执行

计算机组成-冯诺依曼模型

• 状态：内存
• 控制单元
• 运算单元
• 输入
• 输出

CPU

负责控制和计算

• 如果 CPU 每次可以计算 4 个 byte，那么我们称作 32 位 CPU；
• 如果 CPU 每次可以计算 8 个 byte，那么我们称作 64 位 CPU。

一个 byte 最大的表示范围就是 0~255。比如要计算 20000*50，就超出了byte 最大的表示范围了。

CPU可以一下计算多个byte，所以位数越大，计算的数据范围越大。

 

寄存器

CPU计算，要存储的数据放在寄存器里。

 

总线

CPU和内存以及其他设备间通信

• 地址总线：指定CPU将要操作的内存地址
• 数据总线：用来读写内存中的数据
• 控制总线：用来发送和接收关键信号

  

CPU执行程序过程

1、CPU读取PC指针指向的指令，将它导入指令寄存器。

2、CPU分析指令寄存器中的指令，确定指令的类型和参数

3、如果是计算类型的指令，交给运算单元

4、如果是存储类型的指令，交给控制单元

5、PC指针自增，准备获取下一个指令

 

指令

 所以我们是把操作码、寄存器的编号、要读取的地址合并到一个32位的指令中。

 

构造指令的过程——编码，由编译器完成；

解析指令的过程——解码，由CPU完成；

CPU的内部循环：

1. 首先 CPU 通过 PC 指针读取对应内存地址的指令，我们将这个步骤叫作 Fetch，就是获取的意思。
2. CPU 对指令进行解码，我们将这个部分叫作 Decode。
3. CPU 执行指令，我们将这个部分叫作 Execution。
4. CPU 将结果存回寄存器或者将寄存器存入内存，我们将这个步骤叫作 Store。

 

CPU的工作就是一个周期接着一个周期，周而复始。

64位宽CPU的优势

1. 可以执行更大数字的运算。
2. 可以寻址更大的内存空间。操作系统也是一种程序，如果是64位，那么程序的指令都是64位指令，因此不能安装在32位机器上。