先看下计算机硬件的组成，这节主要是讲中央处理器

cpu寄存器ESP_基址寄存器

 

CPU简介

cpu寄存器ESP_基址寄存器_02

 

 

 

CPU内部结构图

・   寄存器是中央处理器内的组成部分。它们可以用来暂存指令、数据和地址。可以将其看作是内存 的一种。根据种类的不同，一个CPU内部会有20 - 100个寄存器。

・   控制器负责把内存上的指令、数据读入寄存器，并根据指令的结果控制计算机

・   运算器负责运算从内存中读入寄存器的数据

・   时钟 负责发出CPU开始计时的时钟信号

作为一个程序员，我们要关心的是寄存器的原理

种类         　　　　功能

累加寄存器     存储运行的数据和运算后的数据。

标志寄存器     用于反应处理器的状态和运算结果的某些特征以及控制指令的执行。

程序计数器     程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。

基址寄存器     存储数据内存的起始位置

变址寄存器     存储基址寄存器的相对地址

通用寄存器     存储任意数据

指令寄存器     储存正在被运行的指令，CPU内部使用，程序员无法对该寄存器进行读写

栈寄存器  存储栈区域的起始位置

cpu寄存器ESP_寄存器_03

 

 

 

 程序计数器

程序计数器是记录的下一条指令所在单元的地址的地方，如图可以看出当执行条件判断时候程序计数器的变化

cpu寄存器ESP_数据_04

 

 

 标志计数器

CPU在进行运算时，标志寄存器的数值会根据当前运算的结果自动设定，运算结果的正、负和零三种 状态由标志寄存器的三个位表示。标志寄存器的第一个字节位、第二个字节位、第三个字节位各自的结 果都为1时，分别代表着正数、零和负数。

cpu寄存器ESP_数据_05

 

基址寄存器和变址寄存器

基址寄存器和变址寄存器有很多种用法，其中一种可以用来连续查看数组，如下图，固定基址寄存器的值，它作为数组实际地址的第一个元素地址，然后变址寄存器作为index使用。

cpu寄存器ESP_基址寄存器_06

 

 

 

 指令的执行过程

我们知道，所有的高级语言或者低级语言，最终都会被编译成机器语言，然后一条条执行指令

几乎所有的冯•诺伊曼型计算机的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、结果写回。

取指令阶段，是将内存中的指令读取到CPU中寄存器的过程，程序寄存器用于存储下一条指令所 在的地址

指令译码阶段，在取指令完成后，立马进入指令译码阶段，在指令译码阶段，指令译码器按照预 定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的 方法。

执行指令阶段，译码完成后，就需要执行这一条指令了，此阶段的任务是完成指令所规定的各种 操作，具体实现指令的功能。

访问取数阶段，根据指令的需要，有可能需要从内存中提取数据，此阶段的任务是：根据指令地 址码，得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用于运算。

结果写回阶段，作为最后一个阶段，结果写回(WHte Back, WB)阶段把执行指令阶段的运行 结果数据“写回”到某种存储形式：结果数据经常被写到CPU的内部寄存器中，以便被后续的指令快 速地存取。

 

32位CPU和64位CPU的区别

这个32位和64位表示的是CPU一次能 处理的数据比特数，32位就是是说一次能执行32个bit，也就是4个字节。

下面看一下cpu的演变历史

8位的CPU: 一次只能处理一个8位的“数据”或者一个8位的"指令"。比如'00001101'. 又比如：“+1”这个运算，你要先指示CPU做“+”，完成后再输入“1”数据给CPU。
16位的CPU：我们就可以一次处理两个字节（16位）的数据了，比如“加1”这个命令。“加”是一个指令，占用8个位，余下的8位我们可以存放数据“1”了。
32位的CPU：就更加方便了，我们就可以一次处理一个a=a+b这样的命令了。

那么以32位cpu为例，他最多一次能执行32个bit，也就是说他能访问的内存地址是00000000 00000000 00000000 00000000 - FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF。那么他能表示的数字最大也就是232 = 4294967296bit = 4G左右

所以说32位CPU最多只能使用4G内存

那么64位呢，呵呵，自己算下吧，理论来说只要你的内存插槽够，你可以启一万个程序。

32位的操作系统和64位的操作系统就是基于32位和64位cpu来开发的。

 

下一个问题来了，为什么我们64位系统可以兼容32位的程序，但是64位的程序不能在32位的系统上面跑呢？

在这之前我们先要讲一下指针，学过编程的人都不会陌生，指针指向的是内存地址，也就是说它保存的值是地址。那么在32位下和64位下，定义的两个指针一样吗，比如定义了int *p？

答案显然是NO，32位下的地址空间最大是4个字节，但是64位是8个字节，所以sizeof(p)在32位下是4个字节，在64位下面是8个字节。这也是32位和64位程序不兼容的根本原因。

 

要把32位和64位理清，我们分成3个方面
1. 硬件：主要是指CPU的指令集，寄存器，以及地址空间。比如x64体系结构的CPU，就是在32位的基础上添加了64位的操作指令，寄存器，同时提供了64位的虚拟地址空间

2. 操作系统：有了64位的CPU，你才能装64位的操作系统，当然，你也完全可以在x64的机子上安装32位的系统，因为其本来就是32位cpu的一个扩展，完全支持32位指令集。

3. 应用程序：有了64位的操作系统，你才能运行64位的应用程序。当然，你也完全可以在64位系统下以兼容模式运行32位程序，而且因为cpu本来就支持这些32位的指令集，所以性能基本不会有影响。

 

现在的64位操作系统中存在Program Files和Program Files (x86)，以及System32和SysWoW64。这个是64位操作系统为了兼容32位程序专门设置的，当执行64位程序时，还是按照原来的做法，使用System32里面的系统文件来执行，Program Files存放的是64位的程序。当执行32位程序时，系统会转而使用SysWoW64里面的系统文件，然后Program Files (x86)里面存放的是32位的程序。

其实注册表里面也是类似的，在Computer\HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE路径下可以看到一个WOW6432Node文件夹，里面存放的东西跟SOFTWARE类似，这个就是专门用于32位程序的注册表。假如64位程序执行注册表操作时，他获取的是Computer\HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE路径下的数据，假如执行32位程序访问注册表时，它拿到的就是这个文件夹里面的数据。