程序是怎么跑起来的？ —— CPU 是什么？C/C++程序的运行

1. 概念初步

• 程序：计算机的程序，和做饭、运动会的程序一样，指的是“做事的先后次序”；
• 程序的组成：程序是指令（及物动词）和数据（宾语）的组合体；
  
  • C 语言 printf("hello\n");，这个简单的程序，printf是指定，hello是数据；
• 机器语言：CPU 能够直接识别和执行的只有机器语言。
  
  • 使用C、C++、Java 等高级语言编写的程序最后都会转化为机器语言；
• 正在运行的程序存储在什么位置？
  
  • 硬盘和磁盘等媒介上保存的程序被复制到内存（内存中是其副本）后才能运行；
• 内存地址：标记和指定命令和数据的场所；
  
  • 地址由整数值表示；
• CPU 的作用：
  
  • 根据程序的指令来进行数据运算，并控制整个计算机的设备；

2. CPU 是什么？

CPU 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 和 内存（memory）是由许多晶体管组成的电子部件，通常称为 IC（Integrated Circuit，集成电路）；

CPU 的组成（各部分之间的电信号相互流通）：

• 寄存器；

  暂存指令，数据等处理对象；可将寄存器看做内存的一种；根据种类的不同，一个 CPU 内部会有 20~100 个寄存器；

• 控制器；

  控制器负责把内存上的指令、数据等读入寄存器，并根据执行的结果来控制整个计算机。

• 运算器：运算器负责运算从内存读入寄存器的数据。

• 时钟：负责发出 CPU 开始计时的时钟信号；

  • Pentium 2GHz 就表示时钟信号的频率为 2GHz

3. C++程序的运行

生成一个 C++ 程序共有三个步骤：

• ①预处理：代码在预处理器中运行，预处理器会处理代码中的元信息（meta-information）
  • 预处理指令以 # 字符开始，#include <iostream> 就是如此，本例中，include 指令是告诉预处理器，提取 iostream 头文件中的所有文件内容并提供给当前文件，
  • 当然头文件最常见的用途是声明在其他地方定义的函数；
• ②编译：代码被编译为计算机可以识别的目标文件；
• ③链接：独立的目标文件链接在一起形成一个应用程序；