CPU中的程序是怎么运行起来的？

此外我们还需要存储器（memory），如果ALU计算出来数据丢掉那么数据也没什么用了，所以需要内存把数据保存起来，与ALU一起组成CPU

之前的介绍都是单向顺序执行的电路，那有什么可以返回的电路呢，通过输出来控制影响输入。

进行AND 、NOT、OR组合，变成一个1位锁存器

输入STE为1，输出为1

输入RESTE为1，输出为0

如果设置和置位都为0，电路会输出最后放置的状态，所以它就保存住1bit位的数据

其中这样一个1位的锁存器，放入的动作叫做写，拿出数据的动作叫做读

为了好显示，我们使用再高一级别的抽象层，用下面的框图表示：

随着芯片锁存器大小的扩展，正常连接需要的线是非常之多，所以引入了矩阵方式：

为了将地址转化成为行和列 还要用多路复用器，这就是一个基本的SDRAM的组成结构。

SRAM DRAM FLASH NVRAM，大家功能上相似，但是用不同的电路储存单个bit的数据，比如使用不同的逻辑门、电容器、、电荷捕获或者忆阻器。但是根本上，这些技术都是矩阵层层嵌套，来储存大量的信息。

通过不同的逻辑门，我们逐渐搭建起了CPU的硬件部分，同时也抽象到了高层次的“微体系架构”，我们开始告诉CPU的模块进行操作，CPU里面都是101二进制数据，那怎么和CPU执行指令挂上钩呢？

最早执行机器使用就是穿孔卡片，通过穿孔卡片的特殊位置有没有穿孔，决定机器执行的不同步骤。

在计算机早期，程序员编程必须用机器码写程序，一般会在会在纸上写一个“高层次”的描述——伪代码，例如：从内存中获取当月销售额，再计算出税费。

这里展示一个简单范例代码，一段机器码 00101110。

首先这个机器码分为前四位和后四位，前四位代表操作码，后四位代表地址。

首先在指令表可以查到 0010 对应着执行指令是LOAD_A 意思为从内存地址取出数据，放到寄存器A中。

CPU看到00101110是怎么执行的呢？

首先CPU有两个执行时候的寄存器：

1. 指令地址寄存器，一个追踪器，负责追踪程序运行到哪里了；

2. 指令寄存器，负责储存当前指令

其次，CPU执行指令有三个阶段: 取指令->解码->执行

取指令：负责把指令从RAM中复制到指令寄存器中

如下所示：CPU把0010 1110放到指令寄存器中

解码阶段：负责解析复制过来的指令对应到操作码是哪个执行，先解析0010

LOAD_A指令的工作：把RAM里面的值放入寄存器A中

再解析后四位1110，为地址14

接下来通过控制单元进行选择确认是否执行load指令

当然控制单元也是由逻辑门连接起来的，这个时候需要一个电路，检查操作码是不是LOAD_A对应的0010

执行阶段：当确认了执行的操作码，我们就开始执行

从地址1110（10进制14）读取出0000 0011的数据，　　因为是LOAD_A指令，我们把该数据放进寄存器A，不操作其他寄存器

本次执行完成，然后我们就把“指令地址寄存器”+1，执行下一条命令，一直重复到代码结束。

如果我们遇到了例如加减运算时候，就可以用到ALU了，数据寄存器把需要进行add的两个数据输入，然后在发送操作码给ALU，ALU开始执行最后输出到暂存的寄存器，关闭ALU，最后再把数据放入正确的寄存器

除了执行动作，现代CPU还有时钟控制。很早的计算机都是用人工插拔来进行每一条指令的计算，但是对于现在的CPU执行频率来说，人工是做不到这样的速度，所以现在CPU里面有专门的时钟进行管理CPU的节奏，来告诉CPU要取指令-解码-执行。类似于练习乐器时候使用的节拍器一样。

 前面介绍程序运行时候我们是假设程序已经在内存里面了，但实际上程序储存的位置不在内存，并且需要在执行时候加载到内存里面。只要内存足够，不仅可以储存要运行的程序，还可以存程序需要的数据，以及运行程序时候产生的新数据。

不过早期编程都是专家活，不管是全职还是技术控，都需要非常了解底层硬件，要懂操作码、寄存器等才能写程序，所以编程很麻烦，哪怕是工程师和科学家都无法完全发挥计算机的能力

所以程序员开发出了一种新语言，更高层次，更可读性，每个操作码分配一个简单的名字——助记符。助记符后面紧跟数据，形成完整的指令。这样程序员就不用0和1去写代码，可以用load jump等助记符开始编程，这就是汇编。前面我们讲过这些助记符，应该还是比较容易理解的。但是CPU是只能识别二进制的，所以程序员又写了二进制程序来帮忙，它可以读懂文字指令，自动转化成二进制指令，这个程序就叫做——汇编器。

汇编器读取用汇编语言写的程序，然后转成机器码。LOAD_A 14 是一个典型的汇编代码。

发展到现在，就英特尔的CPU 酷睿i7有上千种指令和指令变种，长度从一个字节到15个字节。

FORTRAN，是IBM1957年发布的语言，而主持FORTRAN的项目的总监John Backus说，他只是因为懒，所以就开发了新的语言，是的大部分新程序的开发是因为更高效率的开发，把一个月的开发时间编程一周，在变成一天。

就FORTRAN使用效果来说，确实也达到了，平均FORTRAN写的程序要比同等的汇编写的代码少二十倍。然后FORTRAN编译器会把FORTRAN代码转为机器码。

然后陆续新的语言不断产生，60年代有ALGOL、LISP和BASIC等语言；70年代有Pascal、C和Smalltalk；80年代有C++、Objectivs-C和Perl；90年代有Python、Ruby和Java；2000开始出现Swift、C#、Go。未来语言还会越来越多，新的语言用新的平台和新的技术，让我们可以快速的开发使用。