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4.2算术逻辑单元ALU(Arithmetic & Logic Unit)
5.3分支语句（if,else,while,for,break,continue）
一.计算机发展史
1.计算机历史
计算机的发展历史悠久，最早可追溯到1946年在费城公诸于世的第一代电子管计算机——ENIAC(The Electronic Numerical Integrator And Computer)，它通过不同部分之间的重新接线编程，还拥有并行计算能力，但功能受限制，速度也慢。ENIAC的问世标志现代计算机的诞生，是计算机发展史上的里程碑。在随后的发展中，可大致将计算机的使用分为四个阶段。
- 第一阶段:一个国家使用一台计算，
- 第二阶段：一个商业组织共同使用一个，多个计算机。
- 第三阶段：PC(Personal Computer) 以家庭开始使用计算机。
- 第四阶段：以个人开始使用计算机。
2.计算机之父——冯诺依曼
约翰·冯·诺依曼（John von Neumann，1903年12月28日-1957年2月8日），美籍匈牙利数学家、计算机科学家、物理学家，是20世纪最重要的数学家之一。冯诺依曼对于后世影响最大最伟大的成就就是发明了冯诺依曼机，对于现代计算机来说大都采用的是冯诺依曼体系
冯诺依曼体系结构有以下特点：
- 计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示；
- 指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中；
- 顺序执行程序的每一条指令；
- 计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
冯诺依曼体系结构的计算机必须具有如下功能：
- 把需要的程序和数据送至计算机中；
- 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力；
- 能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力；
- 能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作；
- 能够按照要求将处理结果输出给用户。
二.计算机的工作原理
1.基本原理
对于我们现代计算机来说，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。
2.数据的存储
在计算机中，数类型的数据一般是由01编码所存储的，但是广义上的数据并不单单只是数据类型的数，还有更多非数据类型的数据，例如声音，图片，字符串等，这些数据的存储就需要将其转换成数据类型的via编码来进行存储。
3.演示一个8位加法器的过程
一个加法器表现在逻辑概念就是一个电子开关。
根据一个电子开关这个电子元件，就可以相互拼接，构成与门，或门，非门，异或门。
非门
与门
或门 
异或门
利用与或非 + 异或门构建8（bit）位加法器
1）首先构建一个半加器和全加器
二进制相加如图
根据一个二进制相加原理来构造一个半加器和全加器
此时由两个半加器就构成了一个全加器。
2）拥有了半加器和全加器之后，就可以构建一个8bit位的加法器（8位加法器 = 7*全加器 + 1*半加器）
4.CPU的工作原理
4.1,CPU的组成部分及其功能
- 逻辑算术运算符：完成 或，与，非，加，减，乘，除，取余运算。
- 控制器：分析指令并发出相应的控制信号
- 寄存器：临时存储数据的存储单元（每个都能保存一个整形数据，但是个数不止一个）。
- 现代的CPU为了提高性能，还增加了缓存器（CPU内缓存）level1，level2，level3（L1/L2/L3）缓存。
4.2算术逻辑单元ALU(Arithmetic & Logic Unit)
CPU是计算机的核心，而ALU是CPU的核心
- 从算数的角度来说，可以实现加法，减法，乘法，除法，取余；
- 逻辑角度，可以实现与，或，非。
如图示ALU 的示意图，其中ALU有三个输入：
- A： 要参与运算的第一个数
- B：要参与运算的第二个数
- C：本次运算是什么,指编码后的简单指令(opcode)
4.3 程序
所有程序的执行，本质上都是计算 + 读取 + 存入
- 读取：内存->寄存器
- 存入：寄存器->内存
4.4 控制单元CU(Control Unit）
CU的主要任务就是控制ALU去进行何种计算
在CU中，还存在两个非常重要的寄存器 PC寄存器和IR寄存器
- PC:下一条要执行的指令在内存中的地址
- IR:下一条要执行的指令
4.5指令（Instruction）
所谓指令，即指导 CPU 进行工作的命令，主要有操作码 + 被操作数（例如：opcde+a+b）组成。其中操作码用来表示要做什么动作，被操作数是本条指令要操作的数据，可能是内存地址，也可能是寄 存器编号等。指令也是一种特殊的数据，也是以整形的形式保存在内存中。
5.CPU的工作流程
5.1CPU的工作主要分为三个步骤：
- 取码阶段：CU根据寄存器的值，去内存的相应位置，把数据（指令）读取到IR寄存器中，正常情况下，PC寄存器中的值自动+1
- 解码阶段：CU按照预先设定的指令集解读 指令数据（opcode+操作数） 例如：0010 1110 人为规定 0010是opcode，查询指令表后，直到0010代表的意思：从后面地址指定内存处，将数据读取到A寄存器 地址ob1110-> 14
- 执行阶段：LOAD指令应该由CU执行，所以按照规定执行指令
5.2 正常模式下的CPU流程周期是
总结：
- 由于硬件中PC在自动加+1，所以我们代码变成的指令才能顺序的执行下去
- 代码中的一条语句，很可能是需要很多条指令才能完成的，因此语句是一组指令的封装抽象，变量是一段内存空间的封装抽象
- PC寄存器中的值在这个指令周期中很关键，可以控制执行哪里的指令。
5.3分支语句（if,else,while,for,break,continue）
CPU中往往会提供一些指令，这些指令可以去修改PC的值
例如 ：
if（a > b）{ 把a的值加载到寄存器中；
......甲 把b的值加载到寄存器中；
}else{ 计算a - b 的值，如果>0,pc值变成甲相关的，<0,pc值改变
.....乙
}
5.4CPU的中断模式
在正常模式下，CPU可以顺序执行，可以分支执行，但总归按照既定的顺序执行，但是在现实中，很多时候需要暂时中断CPU当前的执行流，先让CPU执行其他的执行流或者其他工作，之后再回来再继续执行。
其中中断的操作是CPU硬件中提供了一种中断机制，让CPU停下，其执行步骤是
- 保存当前的PC的值到内存的某个位置
- 修改PC的值，让它执行其他执行流
- 其他执行流结束后，通过刚才保存的PC值恢复到PC寄存器
- 继续执行原来的执行流
中断机制经常用作：
- IO设备的处理 ： 当有外部数据到达Input设备时，触发某个中断，让当前正在执行的执行流暂停，切换到 Input 驱动对应的执行流，把 Input 设备中读取到的数据放在内存的某个位置，恢复之前的执行流
- 操作系统中的用来作进度调程（线程调度）