一、热身阅读
带着问题开始第一章的学习
1. 程序是什么？
- 答：指示计算机每一步动作的一组指令（官方术语）；
- 个人理解：程序是计算机与人交互的一种中间渠道，人们通过编写程序语言，从而让计算机知道自己每一步应该去做什么。从而通过这种方式完成人对计算机的控制；
2. 程序是由什么组成的？
- 答：指令和数据。
- 程序是指令和数据的组合体。例如，C 语言“printf (" 你好 “);”
这个简单的程序中，printf 是指令，” 你好 " 是数据
3. 什么是机器语言？
- 答： CPU 可以直接识别并使用的语言；
- 个人理解：人们通过编写程序语言去告诉计算机应该去干什么。但是计算机是无法直接识别高级程序语言的，所以就需要将高级语言转变成机器能够识别的语言，而这种语言就是机器语言；
4. 正在运行的程序存储在什么位置？
- 答：内存；
- 个人理解：计算机中所安装的软件文件都存储在磁盘中，如果想要运行该软件，就要将该软件的文件加载进内存中去运行。
5. 什么是内存地址？
- 答：内存中，用来表示命令和数据存储位置的数值；
- 官方解释：内存中保存命令和数据的场所，通过地址来标记和指定。地址由整数值表示。
6. 计算机的构成元件中，负责程序的解释和运行的是哪个？
- 答：CPU
二、CPU 的内部结构解析
- CPU 是英文 Central Processing Unit（中央处理器）的缩写，相当于计算机的大脑，它的内部由数百万至数亿个晶体管构成。在程序的执行流程中。CPU所负责的就是解释和运行最终转换成机器语言的程序内容。
- CPU的内部由寄存器、控制器、运算器和时钟四个部分构成，各部分之间由电流信号相互连通。
2.1、寄存器
- 用来暂存指令、数据等处理对象，可以将其看作是内存的一种。根据种类的不同，一个 CPU 内部会有20～100 个寄存器。
2.2、控制器
- 负责把内存上的指令、数据等读入寄存器，并根据指令的执行结果来控制整个计算机。
2.3、运算器
- 负责运算控制器从内存中读入到寄存器中的数据；
2.4、时钟
- 负责发出 CPU 开始计时的时钟信号。不过，也有些计算机的时钟位于 CPU 的外部
2.5、内存
- 通常所说的内存指的是计算机的主存储器（main memory），简称主存。主存通过控制芯片等与 CPU 相连，主要负责存储指令和数据。主存由可读写的元素构成，每个字节（1 字节 = 8 位 ）都带有一个地址编号。CPU 可以通过该地址读取主存中的指令和数据，当然也可以写入数据。但有一点需要注意，主存中存储的指令和数据会随着计算机的关机而自动清除。
当了解了以上知识后，我们对程序的运行机制也就理解了
2.6、程序的运行机制
- 程序启动后，根据时钟信号，控制器会从内存中读取指令和数据。通过对这些指令加以解释和运行，运算器就会对数据进行运算，控制器根据该运算结果来控制计算机。
三、CPU 是寄存器的集合体
- CPU 的四个构成部分中，程序员只需要了解寄存器即可，其余三个都不用太过关注。那么，为什么必须要了解寄存器呢？这是因为 **程序是把寄存器作为对象来描述的。**想要很好的理解这句话，就得对汇编语言有所了解。
- 不同类型的 CPU，其内部寄存器的数量、种类以及寄存器存储的数值范围都是不同的。不过，根据功能的不同，我们可以将寄存器大致划分为八类，
- 对程序员来说，CPU 是什么呢？CPU 是具有各种功能的寄存器的集合体。其中，程序计数器、累加寄存器、标志寄存器、指令寄存器和栈寄存器都只有一个，其他的寄存器一般有多个。
三、决定程序流程的程序计数器
- 说到这个知识点，我想起我们昨天的微机考试题，题目就问到，CPU是如何控制程序按照程序的流程运行的。为了讲明白这个知识点，我举一个简单的例子：程序执行123 + 234的这个过程；
- 存储指令和数据的内存，是通过地址来划分的。实际上，一个命令和数
据通常被存储在多个地址上，但为了便于说明，把指令、数据分配到了一个地址中。地址 0100 是程序运行的开始位置。Windows 等操作系统把程序从硬盘复制到内存后，会将程序计数器（CPU 寄存器的一种）设定为0100，然后程序便开始运行。CPU 每执行一个指令，程序计数器的值就会自动加 1。例如，CPU 执行 0100 地址的指令后，程序计数器的值就变成了 0101（当执行的指令占据多个内存地址时，增加与指令长度相应的数值）。然后，CPU 的控制器就会参照程序计数器的数值，从内存中读取命令并执行。也就是说，程序计数器决定着程序的流程。
四、条件分支和循环机制
- 程序的流程分为顺序执行、条件分支和循环三种。
- 顺序执行：是指按照地址内容的顺序执行指令。
- 条件分支：是指根据条件执行任意地址的指令。
- 循环：是指重复执行同一地址的指令。
- 顺序执行的情况比较简单，每执行一个指令程序计数器的值就自动加 1。但若程序中存在条件分支和循环，机器语言的指令就可以将程序计数器的值设定为任意地址（不是 +1）。这样一来，程序便可以返回到上一个地址来重复执行同一个指令，或者跳转到任意地址。
三、函数的调用机制
- 不管是什么高级语言编写的程序，函数调用处理也都是通过把程序计数器的值设定成函数的存储地址来实现的。不过，这和条件分支、循环的机制有所不同，因为单纯的跳转指令无法实现函数的调用。函数的调用需要在完成函数内部的处理后，处理流程再返回到函数调用点（函数调用指令的下一个地址）。
六、通过地址和索引实现数组
- 这一部分内容和前面讲解的寄存器中的基址寄存器和变址寄存器有关。通过将数组的首地址放入到基址寄存器中，从而确定数组首元素所在的位置，CPU 则会把基址寄存器＋变址寄存器的值解释为实际查看的内存地址。也就相当于高级语言里面的索引功能，也就是下标。
