【计算机系统】CPU是如何运行程序的

一、CPU组成部分

寄存器：存储CPU执行的指令的数据，CPU每次执行指令都会重新更新寄存器。

程序计数器 PC：记录CPU即将执行的指令内存中的地址。

逻辑控制单元 ALU：CPU中负责逻辑计算的部分。

一个典型系统的硬件组成：

二、CPU执行程序的过程

①执行程序，操作系统利用直接存储器存取DMA技术，加载程序到内存中，这里可以不经过CPU。

②PC读取即将执行的线程指令对应的内存地址。

③根据PC记录的指令地址，读取程序指令数据存储到寄存器中（每一次读取数据都会完全更新寄存器内容，不保留之前的数据）。

④如需逻辑计算，由逻辑控制单元进行计算并返回结果保存到寄存器中。

当前线程指令的执行结果会放入栈中，继续往下执行步骤②到④。

假如遇到线程切换，CPU要从当前线程T1切换到执行另一个线程T2，这个是由操作系统的线程调度决定的。

切换前首先是保留现场（JVM是由虚拟机栈栈帧和线程的程序计数器记录保存执行状态，等待再次切换时继续执行）。

线程切换后操作系统控制CPU程序计数器读取T2线程程序计数器（还原现场，继续执行T2线程指令），重复执行步骤②到④。

⑤线程执行结束，CPU将寄存器结果返回给图形适配器，CPU继续执行下一线程的指令。

参考资料：《深入理解计算机系统》。

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