在《載入記憶體，讓程式執行起來》一節中講到，程式是儲存在硬碟中的，要載入記憶體才能執行，cpu也被設計為只能從記憶體中讀取資料和指令。
對於cpu來說，記憶體僅僅是乙個存放指令和資料的地方，並不能在記憶體中完成計算功能，例如要計算 a = b + c，必須將 a、b、c 都讀取到cpu內部才能進行加法運算。為了了解具體的運算過程，我們不妨先來看一下cpu的結構。
cpu是乙個複雜的計算機部件，它內部又包含很多小零件，如下圖所示：
運算單元是cpu的大腦，負責加減乘除、比較、位移等運算工作，每種運算都有對應的電路支援，速度很快。
暫存器（register）是cpu內部非常小、非常快速的儲存部件，它的容量很有限，對於32位的cpu，每個暫存器一般能儲存32位（4個位元組）的資料，對於64位的cpu，每個暫存器一般能儲存64位（8個位元組）的資料。為了完成各種複雜的功能，現代cpu都內建了幾十個甚至上百個的暫存器，嵌入式系統功能單一，暫存器數量較少。
我們經常聽說多少位的cpu，指的就是暫存器的的位數。現在個人電腦使用的cpu已經進入了64位時代，例如 intel 的 core i3、i5、i7 等。
暫存器在程式的執行過程中至關重要，不可或缺，它們可以用來完成數**算、控制迴圈次數、控制程式的執行流程、標記cpu執行狀態等。例如，eip（extern instruction pointer ）暫存器的值是下一條指令的位址，cpu執行完當前指令後，會根據 eip 的值找到下一條指令，改變 eip 的值，就會改變程式的執行流程；cr3 暫存器儲存著當前程序頁目錄的實體地址，切換程序就會改變 cr3 的值，這將在《mmu部件以及對記憶體許可權的控制》中講解；ebp、esp 暫存器用來指向棧的底部和頂部，函式呼叫會改變 ebp 和 esp 的值，這將在《棧的概念以及棧溢位》中講解。
那麼，在cpu內部為什麼又要設定快取呢？雖然記憶體的讀取速度已經很快了，但是和cpu比起來，還是有很大差距的，不是乙個數量級的，如果每次都從記憶體中讀取資料，會嚴重拖慢cpu的執行速度，cpu經常處於等待狀態，無事可做。在cpu內部設定乙個快取，可以將使用頻繁的資料暫時讀取到快取，需要同一位址上的資料時，就不用大老遠地再去訪問記憶體，直接從快取中讀取即可。
大家在購買cpu時，也會經常關心快取容量，例如 intel core i7 3770k 的**快取為 8mb，二級快取為 256kb，一級快取為 32kb。容量越大，cpu越強悍。快取的容量是有限的，cpu只能從快取中讀取到部分資料，對於使用不是很頻繁的資料，會繞過快取，直接到記憶體中讀取。所以不是每次都能從快取中得到資料，這就是快取的命中率，能夠從快取中讀取就命中，否則就沒命中。關於快取的命中率又是一門學問，哪些資料保留在快取，哪些資料不保留，都有複雜的演算法。
要想讓cpu工作，必須借助特定的指令，例如 add 用於加法運算，sub 用於除法運算，cmp 用於比較兩個數的大小，這稱為cpu的指令集（instruction set）。我們的c語言**最終也會編譯成一條一條的cpu指令。不同型號的cpu支援的指令集會有所差異，但絕大部分是相同的。
我們以c語言中的加法為例來演示cpu指令的使用。假設有下面的c語言**：
int a = 0x14, b = 0xae, c;
c = a + b;
在vs2010 debug模式下生成的cpu指令為：
mov ptr[a], 0x14
mov ptr[b], 0xae
mov eax, ptr[a]
add eax, ptr[b]
mov ptr[c], eax
mov 和 add 都是cpu指令：
1) mov 用來將乙個數值移動到乙個儲存位置。這個數值可以是乙個常數，也可以在記憶體或者暫存器上；這個儲存位置可以是暫存器或者記憶體。
第一條指令中，ptr[a]表示變數 a 的位址，0x14是乙個數值，mov ptr[a], 0x14表示把數值 0x14 移動到 ptr[a] 指向的記憶體，也就是給變數 a 賦值。第二條指令與此類似。
第三條指令中，eax是暫存器的名字，該暫存器常用在加法運算中，用來儲存某個加數或運算結果，mov eax, ptr[a]表示把變數 a 的值移動到暫存器 eax 中。
第五條指令表示把暫存器 eax 的值移動到變數 c 中，此時 exa 中的值為 a、b 相加的和。
2) add 用來將兩個數值相加，這兩個數值可以在暫存器或者記憶體中，add 會將相加的結果放在第乙個數所在的位置。第四條指令add eax, ptr[b]表示把 eax 和 ptr[a] 中的數值相加，並把結果放在 eax 中。
總起來講：第一二條指令給變數 a、b 賦值，第三四條指令完成加法運算，第五條指令將運算結果賦值給變數 c。
實際上，上面的**是組合語言，不是cpu指令，組合語言還要經過簡單的轉換才能成為cpu指令；為了更加容易地說明問題，這些語句也沒有嚴格遵守彙編的語法。有興趣的同學可以自行學習組合語言，這裡不再展開講解。本節我們講解了cpu的簡單構造以及cpu指令，重點是讓大家認識暫存器這個小而快速的儲存部件，它在程式執行過程中起著至關重要的作用，cpu就是用它來記錄程式的執行狀態，然後根據它的值再決定下一步的操作。
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