寄存器，内存，硬盘，各就各位，预备，跑。。。

计算机运行一段程序须要经历哪些历程呢？

主人最近在学C语言，他按照书上的教程写了个最简单的程序：

主人编译完成后，在键盘上敲入执行程序的命令"./hello"：

cup不敢怠慢，将主人的命令一字不落的从键盘交到寄存器手中，吩咐道：“快交给内存处理，不要让主人久等了”，寄存器速度飞快外号“火箭”，来无踪去无影，一瞬间就出现在内存面前，把主人从键盘上敲入的数据交给内存，说：“这是主人给的数据，尽快处理”，话音刚落，寄存器已经不见踪影，内存虽然容量很大能存很多东西，但是速度相比寄存器就慢很多了，内存的外号叫“大卡车”。

内存一看数据是执行程序的命令，在仓库里找了下，发现这个程序没运行过，仓库里没有，在硬盘家放着呢。内存暗暗叫苦，硬盘是个超级大仓库，能放海量的东西，主人什么东西都往里面塞，据说硬盘现在容量有1T之巨，比自己要大100多倍，但是要在里面找一个东西非常慢，慢得让你怀疑人生，大家都叫他“乌龟”，内存几分钟就办完的事情，交给硬盘干，要好几天，是的，好几天。。。

内存开车到了硬盘家门口，敲开门，说：“赶紧把hello程序的代码和数据找出来，主人要运行了”。硬盘慢悠悠的说：“好的我知道了，你得等几天了，这里太乱了，太大了，我要找好久。”内存知道硬盘这货就这效率，叹了口气：“知道了，我在家里慢慢等。”

三天后，硬盘终于把一个箱子拖了出来，运到了内存家，内存一分钟也不敢浪费，把箱子装上车，一脚油门，直奔寄存器的家去了。寄存器家就在cpu老大家的边上，他们是亲戚，据说寄存器的房子也是cpu家的。寄存器在门口望眼欲穿，终于看到内存带着数据箱，直奔大门而来，寄存器接过内存的箱子，立马交给了隔壁cpu，cpu拿着箱子进了工作室，房间里的机器疯狂的运转了起来，内存还没回过神来，寄存器已经拿着运行结果数据，往显示器家去了，不一会儿，显示器家的大屏上了显示出了“Hello，World！”的结果。

运行程序显示结果：

主人看到运行结果，开心的笑了。

cpu松了一口气，拉着寄存器说：“这样不行，内存和硬盘那两个家伙太慢了，特别是硬盘，时间全耗在他那里了，我们得自己搞几个仓库在家附近，重要的东西我们自己复制一份在仓库里，不用每次都去他们那里取了。”

后来cpu在家附件建了三个仓库：分别叫L1，L2，L3。L1仓库离家最近就100米，但是面积也最小只有32平米；L2仓库离家300米，面积大了点有256平米；L3仓库离家1.2公里，面积也是最大的，有8192平米。

寄存器不解的问：“为什么不把L1仓库建的大一点啊，我们拿东西多方便啊”，cpu说：“我们家在市中心，你知道这里的房价多贵吗？建大了主人根本负担不起，主人才刚毕业呢，哪里有钱建这么大的仓库？大的仓库只能往郊区建，我们家旁边只能建两个小的，有的cpu家还只有L1，L2两个仓库呢，你就知足吧。”

“下次我们取数据的时候，先去离家最近的L1仓库看看有没有，如果没有的话再去L2仓库看，如果也没有就去L3仓库查一下，都没有找到的话，再去内存家取，取到数据后，我们就在我们自己家的仓库里备份一份，下次用到就直接拿来用，就不用去找内存和硬盘要了，这样我们的速度就快很多了。”cpu得意的说。

越往金字塔上面的设备速度越快，容量越小；越往金字塔下面的设备速度越慢，容量越大：

cup芯片的结构如下图，主要有寄存器，程序计数器（PC），算术/逻辑单元（ALU）和高速缓存存储器组成

以下是寄存器，高速缓存，主存，硬盘的速度和容量的大小：

• 寄存器，速度0.3纳秒，大小约1K
• L1一级高速缓存，速度0.9纳秒，大小约32K
• L2二级高速缓存，速度2.8纳秒，大小约256K
• L3三级高速缓存，速度12.9纳秒，大小约8M
• 主存（内存），速度120纳秒，大小约8G
• 硬盘，速度10 000 000纳秒，大小约1T

1s（秒）= 1000 ms（毫秒）

= 1000 000 μs（微秒）

= 1000 000 000 ns（纳秒）

如果把上图的0.3纳秒同步放大到1秒，cpu去寄存器取一个数据只需要1秒，但是到机械硬盘取要大约1年的时间。。。。。I/O是常见的速度瓶颈，我们写程序的时候尽量在内存，高速缓存上取数据，内存可比硬盘快100倍呢。

硬盘笑而不语，心想：“你们速度快有什么了不起的，一断电所有的数据都会被清空，每次还不是都得重新从我这拿数据。”

第二天主人一开机，cpu：“我是谁？我在哪里？你们是谁？”，寄存器，内存，一脸懵逼：“我们什么都不记得了，我们是谁？”硬盘在一边乐了：“这帮逗比又开始了。。。”