第5章　计算机执行程序的过程

众所周知，CPU 是计算机系统的指挥中心，负责计算机程序的执行，同时对数据进行各种处理，并控制计算机其他部件完成需要的操作。

1970年Intel公司推出的4004微处理器以及1974年推出的8080微处理器是现代计算机的开端。随着几十年来集成电路技术的发展，CPU 的频率、功耗、性能等都发生了巨大的变化，但其设计和实现的原理基本一致，现代计算机最突出的特点之一都是采用“存储程序”的工作方式，即程序和数据都存放在计算机存储器中，然后按存储器中的存储程序的首地址执行程序的第一条指令，以后就按照该程序的规定顺序逐条取出程序中的指令执行。通常将指令执行过程中数据所经过的路径（包括路径上的部件）称为数据通路。机器指令的执行就是在数据通路中完成的。

第1章我们介绍过，不同的处理器系列具有不同的指令集结构。目前主流的处理器有Intel公司的X86系列处理器、AMD 公司的ARM 系列处理器、MIPS公司的MIPS系列处理器以及IBM 公司开发的POWER 系列微处理器。Intel公司的X86系列处理器普及于台式机和服务器而被人们所熟知，然而对移动行业的影响力相对较小，该系列处理器具有相同或相互兼容的指令集结构（ISA）；AMD 公司的ARM 系列处理器广泛应用于移动设备的安卓系统，该系列处理器同样具有相同或相互兼容的指令集结构（ISA）；MIPS公司的MIPS系列处理器在嵌入式领域中历史悠久，获得了不少的成功，但在移动设备的安卓系统中采用率是三者中最低的，它同样具有相同或相互兼容的指令集结构（ISA）；POWER 是Power Optimization With Enhanced RISC的缩写，是由IBM 公司开发的一种指令集架构（ISA）。IBM 公司的很多服务器、微型计算机、工作站和超级计算机都采用了POWER 系列微处理器。而Power PC架构也是源自POWER 架构，并应用在苹果公司的MAC机（从2006年开始，苹果公司逐步转用Intel公司的处理器）及部分IBM 公司的工作站上。

按照ISA 的复杂程度，ISA 分为复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）和精简指令集（Reduced Instruction Set Computing，RISC）。CISC 的特点是指令系统庞大，指令功能复杂，指令格式、寻址方式多；绝大多数指令需多个机器周期完成；各种指令都可访问存储器；采用微程序控制；有少量的专用寄存器；难以用优化编译技术生成高效的目标代码程序。RISC的特点是指令格式和长度通常是固定的（如ARM 是32位的指令），且指令和寻址方式少而简单，大多数指令在一个周期内就可以执行完毕。ARM、MIPS和Intel处理器在指令集复杂程序上的区别是，ARM 和MIPS都使用精简指令集（RISC），而Intel使用复杂指令集（CISC）。