一个程序在计算机中是如何运行的？超级干货！！！
强烈声明：本文很干，请自备茶水！😎java
开门见山，咱不说废话！web
你有没有想过，你写的程序，是如何在计算机中运行的吗？好比咱们搞Java的，确定写过这段代码算法
public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello World!"); } }
熟悉吧，可能你们都知道，运行输出“Hello World!”，不过嘞，今天我带你从内存和CPU的角度去剖析一下这段代码在计算机中是如何执行的。编程
Hello World保存在哪？
首先问你个很简单的问题，当你写下这段代码的时候，你把它保存在哪了，假如说你说是桌面，就像如今这样数据结构
是的，一个HelloWorld.java文件就保存在了桌面上，这个叫作Java源文件，不过说是保存在桌面上这个有点模糊，这个桌面又是个啥呢，咱们应该想象它保存在了咱们电脑的哪一个部分呢？一台计算机包含以下基本五个部分：并发
- 运算器
- 控制器
- 存储器
- 输入设备
- 输出设备
在计算机中啊，保存信息主要靠存储器，而存储器又分为内部存储器和外部存储器，内部存储器就是内存了，而这个外部存储器主要就是磁盘了，磁盘又分为硬盘和软盘，而咱们电脑中的大部分就都是硬盘了，这里也分为固态硬盘和传统机械硬盘。svg
无论怎么说吧，磁盘也好内存也罢，就是用来存放数据的，那么咱们就知道了咱们写的这个Java源文件应该就是存放在电脑中的磁盘了。工具
那么代码保存到硬盘中以后呢？学习
今天的主角，CPU和内存
代码被保存到硬盘以后，接下来就要CPU和内存登场了，提起精神了，超级干货来了。网站
告诉你个秘密，理解CPU和内存是如何在一块工做的，是每一个学编程必备的基础中的基础，反正就是很重要！
咱们在上面提到了硬盘，这里又说到了CPU和内存，那么咱们就来看看这三个家伙
硬盘，内存和CPU
先看一张图
这张图大体描述了三者的一个关系，什么关系嘞，数据读取的关系，咱们以前不是说咱们写的代码保存到了硬盘中了吗，若是要执行这段代码的话，须要把这段代码从硬盘中读取到内存中，此时的代码已经变成了二进制文件存储在内存中，为了更好的去理解，咱们把上面的代码再进一步改写下：
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
int a = 5;
int b = 3;
sum = a + b;
System.out.println(sum);
}
}
也就是加入了一个基础的加法运算，此时这段代码已经变成二进制文件放到了内存中，如今要继续执行，也就是要执行代码的加法操做，此时的数据a和b，也就是5和3已是二进制的形式在内存中，如今须要把a和b作加法运算，CPU收到这个指令（将a和b相加），就会去内存中将a和b读取，而后存放到本身的寄存器中，而后由CPU中的运算器去作加法运算，获得的结果依然放到寄存器中。
是否是有点懵？啥是寄存器？运算器呢？别急，咱们继续往下看。
内存是个啥？
这个内存是啥呢？内存条知道吧，咱们电脑中的内存条，它是属于内部存储器，主要就是用来存放数据的，也能够理解为咱们这里说的内存，这是实际存在的，咱们能够看得见的内存条，可是关于数据存储，怎么存储，是否是还有点模糊，那么咱们抽象点来讲，这个内存其实就是一个个的小格子，就像这样：
这些小格子就是用来存放数据和指令的，并且每一个格子都有本身的编号，这个编号你们也熟悉，就是咱们常常说的内存地址。
另外你须要知道的是，计算机是只认识0和1的，因此存放在内存中的数据其实都是二进制文件了。
CPU是个重点
其实关于内存，先了解上面那些就足够了，内容比较多的就是CPU了，想必你们都据说过CPU就至关于人的大脑同样，对电脑来讲，相当重要，因此啊，CPU的结构是真的复杂，怎么办？
通常碰到这样的，咱们就须要有选择的进行掌握和学习，所以对于CPU，你必须了解的两个东西，一是寄存器，另一个就是运算器，为啥，这又是啥？
想要搞明白这个问题，我们须要先来看看以下这些知识点。
CPU的特色
首先，这家伙是真的复杂，除此以外嘞，你还须要知道对于CPU来讲，必需要把数据读取到寄存器中才能作相应的运算，另外CPU的数据读写的速度是真的快，内存和硬盘根本无法比，可能你没啥概念，举个例子吧
CPU这家伙执行一条指令大约须要耗时1ns，可是对于内存呢？它去硬盘读取数据至少8ms，在这段时间内，CPU能够执行大约800万条指令，说这个，主要是为了让你直观的感觉到CPU是真的快。
就像《码农翻身》一书中说的那样：
CPU的运算速度快的丧心病狂，可是它能作的事情简单的使人发指
啥？为啥作的事情简单的使人发指呢？
别看CPU那么牛，那么复杂，那么快，它作的事情真的挺无聊的，总结起来，CPU主要就干以下四件事情：
一、从内存中读取数据，而后放到寄存器中
二、把寄存器中的数据写入到内存
三、进行数学运算和逻辑运算（加减乘除，AND,OR）
四、依据相应的条件进行跳转，执行其余指令（一条指令跳转到另一条指令）
不知道你发现没，咱们彷佛一直在提寄存器，这又是什么玩意？这就要看看CPU的构造了
CPU的重点组成部分
咱们上面也说了，CPU的结构真的很复杂，可是咱们须要重点关注以下几个重要组成部分：
- 寄存器
- 运算器
没错就是这俩货，那他们是干啥的嘞，首先你得知道他们是CPU中的东西，这个寄存器啊，说白了就是存放数据的，是个存储部件，还记得以前说内存就是一个个的小格子吗？这个寄存器你就能够简单的想成也是小格子，放数据的。
寄存器
寄存器是存储部件，容量很是有限，能存储的数据的大小，如今来讲通常有两种，也就是咱们常据说的32位和64位，32位的寄存器就能存储4个字节的数据，64位的寄存器就能存储8个字节的数据，另外CPU也分为32位和64位其实就是由其中的寄存器的位数决定的，可想而知，即便是64位的寄存器也干不了啥大事啊，因此啊，如今的CPU通常都内置了不少的寄存器，依此来完成比较复杂的操做
运算器
另一个就是运算器了，这个是计算的核心，主要的做用就是用来作加减乘除这些运算的，不过嘞，这里你须要知道的一点就是，运算器是无法直接操做内存中的数据的，很容易想到，运算器操做的数据是寄存器中存放的数据。
CPU和内存的交互
简单的了解了内存和CPU以后，咱们就能够来看看程序代码是如何进一步被执行的，上面提到了，程序代码被读取到内存中了，如今要执行这段代码，那就须要CPU出马了，首先嘞，CPU会去读取须要进行操做的数据，对了，继续看这代码：
public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { int a = 5; int b = 3; sum = a + b; System.out.println(sum); } }
也就是须要读取数据a和b，那么读取到的数据a和b存放在哪了呢？根据咱们上面对CPU简单的了解可知，数据a和b是被放到了CPU中的寄存器中了，看这个图
在CPU中有两个比较重要的组件就是运算器和寄存器，寄存器有不少个，再看内存，是一个个的小格子，每一个格子有编号，好比说如今数据a和b分别存放在#1和#2上，而后CPU将他们读取放在寄存器R1和R2上
这个时候就要计算a和b的和了，而后就轮到运算器出马了，它会拿到寄存器R1和R2，也就是拿到数据a和b，而后作加法运算
那么计算以后的结果也就是sum，运算器会再次把它放到寄存器，好比R1中，这个时候以前的数据b就会被覆盖，如此一来，CPU和内存就一块儿完成一次加法运算操做。
这里其实咱们把关注点聚焦到了加法运算操做，实际上，程序代码被装载近内存的时候会产生数据和指令两部分，数据咱们都知道是啥，指令嘞？
其实也好理解，指令就是说明程序该怎么执行，对于CPU来讲就是告诉CPU该作什么，好比告诉CPU，读取数据a和b，而后再将他们相加，说白了，CPU是根据指令干活，指令让怎么干，咱就怎么干。
所以，你必须告诉CPU该干啥，不然，CPU也很懵的呦。
通过上面的简单介绍，咱们再来看看CPU主要作的四件事情：
一、从内存中读取数据，而后放到寄存器中
二、把寄存器中的数据写入到内存
三、进行数学运算和逻辑运算（加减乘除，AND,OR）
四、依据相应的条件进行跳转，执行其余指令（一条指令跳转到另一条指令）
怎么样，是否是更加清晰明了！
总结一哈
这么一看，也没啥难的吗？总的来讲啊，就是咱们写的程序是放在硬盘中的，在运行的时候才会被调入到内存中，也就是说内存中的数据是从硬盘来的，而CPU中寄存器的数据又是从内存中装载进来的，而后CPU会根据相应的指令去操做寄存器中的数据，好比加减乘除什么的，以此来完成一个程序在计算机中的运行。
一句话总结：
自己程序是在硬盘上，须要把程序加载进内存，而后由CPU去执行
另外对于内存啊，CPU什么呢还有不少有趣有用的知识，咱们下次再讲！
感谢阅读
你们好，我是ithuangqing，一路走来积累了很多的学习经验和方法，并且收集了大量的精品学习资源，如今维护了一个公众号【编码以外】，寓意就是在编码以外也要不停的学习，主要分享java技术相关的原创文章，如今主要在写数据结构与算法，计算机基础，线程和并发以及虚拟机这块的原创，另外针对小白还在连载一套《小白的java自学课》，力求通俗易懂，由浅入深。同时我也是个工具控，常常分享一些高效率的黑科技工具及网站。
对了，公众号还分享了不少个人学习心得，能够一块儿探讨探讨！
关注公众号，后台回复“庆哥”，2019最新java自学资源立马送上！更多原创精彩尽在【编码以外】
感谢各位大大的阅读🥰