对于现代计算机来说，最关键的2个部件就是CPU和内存。内存存储了要执行的程序指令，而CPU就是用来执行这些指令。CPU首先要知道这些指定存放在存储器的那个区域，然后才能执行，并且把执行的结果写入到执行区域。
CPU指令和编程语言 CPU指令
计算机中指令和数据都用二进制来表示，也就是说它只认识0和1这样的数字。最早期的计算机程序通过在纸带上打洞来人工操操作的方式来模拟0和1，根据不同的组合来完成一些操作。后来直接通过直0和1编程程序，这种称之为机器语言。这里就会有一个疑问，计算机怎么知道你这些组合的意思？
于是就出现了CPU指令。CPU指令其实就对应了我们这里说的0和1的一些组合。每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。有了CPU指令集的文档你就可以通过这个编写CPU认识的机器代码了。所以对于不同CPU来说可能会有不同的机器码。
使用0和1这样的机器语言好处是CPU认识，可以直接执行，但是对于程序本身来说，没有可读性，难以维护，容易出错。所以就出现了汇编语言，它用助记符代替操作码指令，用地址符号代替地址码。实际是对机器语言的一种映射，可读性高。
把汇编语言转换为机器语言需要一个叫做汇编器的工具。对于目前的CPU厂商，在推出的CPU指令时都会同时推出新的汇编器。
汇编语言的出现大大提高了编程效率，但是有一个问题就是不同CPU的指令集可能不同，这样就需要为不同的CPU编写不同的汇编程序。于是又出现了高级语言比如C，或者是后来的C++,Java,C#。
高级语言把多条汇编指令合成成为了一个表达式，并且去除了许多操作细节（比如堆栈操作，寄存器操作），而是以一种更直观的方式来编写程序，而面向对象的语言的出现使得程序编写更加符合我们的思维方式。我们不必把尽力放到低层的细节上，而更多的关注程序的本身的逻辑的实现。
对于高级语言来说需要一个编译器来完成高级语言到汇编语言的转换。
程序最终都将变成机器认识的二进制可执行程序，然后加载到内存顺序的执行。
C#和JAVA程序编译出来的文件不是二进制的机器码，而是中间语言，那么他们又是怎么运行的呢？
首先是预处理器，如果在项目中有头文件和宏表达式，那么它将负责包含头文件和翻译所有的宏观表达式。
接下来是编译器，它不是直接生成二进制代码，而是生成汇编代码（.s），这基本上是所有现代的非结构化语言的共同基础。
然后，汇编程序把汇编代码翻译成目标代码（.o和.obj文件，机器指令）。
最后链接器，它把所有彼此相关的目标文件和生成的可执行文件或库链接起来。
以前CPU主要由运算器和控制器两大部分组成，随着集成电路的发展，目前CPU芯片集成了一些其它逻辑功能部件来扩充CPU的功能，如浮点运算器、内存管理单元、cache和MMX等。
对于一个通用的CPU来说，我们只需要关注他的核心部件算数逻辑单元和操作控制单元。
1、控制器的组成和功能： 控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成。它是计算机指挥系统，完成计算机的指挥工作。尽管不同计算机的控制器结构上有很大的区别，当就其基本功能而言，具有如下功能：
2、运算器的组成和功能： 运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理部件，完成计算机的各种算术和逻辑运算。相对控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。运算器有两个主要功能：
执行所有的算术运算：如加、减、乘、除等基本运算及附加运算；执行所有的逻辑运算：并进行逻辑测试，如与、或、非、零值测试或两个值的比较等。 CPU工作流程
CPU的基本工作是执行存储的指令序列，即程序。程序的执行过程实际上是不断地取出指令、分析指令、执行指令的过程。
几乎所有的落寞的滑板型计算机的CPU，其工作都可以分为5个阶段：取指令、指令译码、执行指令、访存取数和结果写回。
CPU取出一条指令并执行该指令所需的时间称为指令周期。指令周期的长短与指令的复杂程度有关。CPU周期：从主存读取一条指令的最短时间来规定CPU周期。指令周期常常用若干个CPU周期数来表示。时钟周期：时钟周期是处理操作的最基本时间单位，由机器的主频决定。一个CPU周期包含有若干个时钟周期。
从上面的定义可以知道，对于CPU来说取出和执行任何一条指令所需的最短时间为两个CPU周期。所以频率越高，那么时钟周期越短，这样CPU周期和指令周期也就越短，理论上程序执行的速度也越快。但是频率不能无限的提高，而且频率的提高也带来了功耗，发热等问题，所以目前也有超线程，流水线等技术来提高CPU执行的速度。 时序发生器 时序信号： 在计算机高速运行的过程中，计算机内各部件的每一个动作都必须严格遵守时间规定，不能有任何差错。计算机内各部件的协调动作需要时间标志，而时间标志则是用时序信号来体现的。计算机各部分工作所需的时序信号，在CPU中统一由时序发生器来产生。时序发生器： 时序信号发生器是产生指令周期控制时序信号的部件，当CPU开始取指令并执行指令时，操作控制器利用时序信号发生器产生的定时脉冲的顺序和不同的脉冲间隔，提供计算机各部分工作时所需的各种微操作定时控制信号，有条理、有节奏地指挥机器各个部件按规定时间动作。 小结
CPU要顺序执行一个程序的指令，首先是控制器获得第一条指令的地址，当CPU取得这个指令并执行后，控制器需要生成下一条要执行的指令的地址。ALU单元负责一些运算操作。
指令和数据都存放在内存中，那么CPU怎么区分是指令还是数据呢？
从时间上来说，取指令事件发生在指令周期的第一个CPU周期中，即发生在“取指令”阶段，而取数据事件发生在指令周期的后面几个CPU周期中，即发生在“执行指令”阶段。
从空间上来说，如果取出的代码是指令，那么一定送往指令寄存器，如果取出的代码是数据，那么一定送往运算器。
