為了解在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，程序是如何運(yùn)行的，首先需要了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組織。

1、總線

總線是貫穿整個(gè)系統(tǒng)一組電子管道，它攜帶信息字節(jié)并負(fù)責(zé)在各個(gè)部件間傳遞。通常總線被設(shè)計(jì)成傳送特定長的字節(jié)塊，也就是字（word）。字中的字節(jié)數(shù)是一個(gè)基本的系統(tǒng)參數(shù)，各個(gè)系統(tǒng)中都不盡相同。如32位操作系統(tǒng)一個(gè)字長是4個(gè)字節(jié)，64位操作系統(tǒng)一個(gè)字長是8個(gè)字節(jié)。

位（bit），音譯為“比特”，表示二進(jìn)制位。位是計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)儲存的最小單位。

字節(jié)（byte） ，計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)處理的基本單位，通常情況下一字節(jié)等于8位。

字 （word），計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)長度稱為字。一個(gè)字通常由一個(gè)或多個(gè)（一般是字節(jié)的整數(shù)位）字節(jié)構(gòu)成。

2、I/O設(shè)備

I/O（輸入/輸出）設(shè)備是系統(tǒng)與外部世界的聯(lián)系通道，通常包括：

用戶輸入的鍵盤和鼠標(biāo)；

用戶輸出的顯示器；

長期存儲數(shù)據(jù)和程序的磁盤驅(qū)動器（磁盤）；

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

每個(gè)I/O設(shè)備都通過一個(gè)控制器或適配器與I/O總線相連?？刂破骱瓦m配器的區(qū)別主要在于它們的封裝方式?？刂破魇荌/O設(shè)備本身或者主板上的芯片組；適配器則是一塊插在主板槽上的卡。它們的功能都是在I/O總線和I/O設(shè)備之間傳遞信息。

3、主存

主存是一個(gè)臨時(shí)存儲設(shè)備，在處理器執(zhí)行程序時(shí)，用來存放程序和程序處理的數(shù)據(jù)。從物理上來說，主存是由一組動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（DRAM）芯片組成；從邏輯上來說，存儲器是一個(gè)線性的字節(jié)數(shù)組，每個(gè)字節(jié)都有其唯一的地址（數(shù)組索引），這些地址是從零開始的。

一般來說，組成程序的每條機(jī)器指令都由不同數(shù)量的字節(jié)構(gòu)成。與C程序變量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)的大小是根據(jù)類型變化的，比如在x86-64機(jī)器上 ，short類型的數(shù)據(jù)需要2個(gè)字節(jié)，int和float類型需要4個(gè)字節(jié)，而long和double類型需要8個(gè)字節(jié)。

4、處理器

處理器CPU是解釋或執(zhí)行存儲在主存中指令的引擎。處理器的核心是一個(gè)大小為一個(gè)字的存儲設(shè)備（或寄存器），成為程序計(jì)數(shù)器（PC）。在任何時(shí)刻，PC都指向主存中的某條機(jī)器語言指令（即含有該條指令的地址）。

從系統(tǒng)通電開始，直到系統(tǒng)斷電，處理器一直在不斷地執(zhí)行程序計(jì)數(shù)器指向的指令，再更新程序計(jì)數(shù)器，使其指向下一條指令。處理器看上去是按照一個(gè)非常簡單的指令執(zhí)行模型來操作的，這個(gè)模型是由指令集架構(gòu)決定的。在這個(gè)模型中，指令按照嚴(yán)格的順序執(zhí)行，而執(zhí)行一條指令包含執(zhí)行一系列的步驟。處理器從程序計(jì)數(shù)器指向的內(nèi)存處讀取指令，解釋指令中的位，執(zhí)行該指令指示的簡單操作，然后更新PC，使其指向下一條指令，而這條指令并不一定和內(nèi)存中剛剛執(zhí)行的指令相鄰。

這樣的簡單操作并不多，它們圍繞著主存、寄存器文件和算數(shù)/邏輯單元進(jìn)行。寄存器文件是一個(gè)小的存儲設(shè)備，由一些單個(gè)字長的寄存器組成，每個(gè)寄存器都有唯一的名字。算數(shù)/邏輯單元計(jì)算新的數(shù)據(jù)和地址值。CPU在指令的要求下可能會執(zhí)行下面這些操作。

加載：從主存復(fù)制一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字到寄存器，以覆蓋寄存器原來的內(nèi)容。

存儲：從寄存器復(fù)制一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字到到主存的某個(gè)位置，以覆蓋這個(gè)位置上原來的內(nèi)容。

操作：把兩個(gè)寄存器的內(nèi)容復(fù)制到ALU，ALU對這兩個(gè)字做算術(shù)運(yùn)算，并將結(jié)果存放到一個(gè)寄存器中，以覆蓋該寄存器原來的內(nèi)容。

跳轉(zhuǎn)：從指令本身中抽取一個(gè)字，并將這個(gè)字復(fù)制到程序計(jì)數(shù)器中，以覆蓋PC中原來的值。

處理器看上去是它的指令集架構(gòu)的簡單實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際上現(xiàn)代處理器使用了非常復(fù)雜的機(jī)制來加速程序的執(zhí)行。