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我们通过指令来要求 CPU 去做某事。假设我们给出一个指令：嘿，CPU，你能把这两个数字加在一起吗？当 CPU 准备好处理该指令时，它会启动一个包含 3 个主要阶段的循环：
- Fetch：从内存中获取数据
- Decode：解码该数据，获得指令
- Execute：执行指令
Fetch 获取
在第一阶段，CPU 必须从内存中获取指令数据，这样 CPU 才可以看到你要求它做什么。
内存，也称为随机存取内存或 RAM，是你的计算机拥有的一种短期存储。而有长期的存储位置，例如磁盘。但是当我们需要暂时保留某些东西时，或者需要更快的访问响应速度时，我们会使用内存。
发挥我们的想象力，把 CPU 看作是一个仓库。CPU 访问你的内存时，有点像去装有箱子的货架。每个箱子（数据）都有一个位置（内存地址），你可以在其中查看箱子内的内容（读取该内存地址处的数据）。你还可以将所有内容从箱子里拿出来（清除该内存地址处的内容），然后将新内容放入箱子中（在该内存地址存储新数据）。
在内存中，所有数据都以电的形式存储（这里我有一个疯狂的想法，CPU 好像一名能够控制雷电的法师）。因为我们将数据存储为电，所以当你的计算机关闭后，并且不再有电流向它时，你存储的所有内容都会被清除！这有点像每天晚上仓库关闭时，所有的包裹都被扔掉了。这就是为什么我们将其称为短期记忆，我们将重要的东西存储在磁盘中，这是我们的长期存储，以免被丢弃。
我们的大货架（内存）有非常大的空间，来存放我们的箱子。但是在仓库中移动大箱子可能又慢又麻烦。因此，为了更快和临时的存储，我们在仓库安装了一组有编号的小货架，我们可以在其中放置较小的箱子。这个小货架，就是我们 CPU 的寄存器。
寄存器是 CPU 可以存储小块数据的地方。假如我们需要将两个数字相加。
首先，CPU 检索等式所需的第一个数字。由于 CPU 一次只能做一件事，因此它需要放下第一个数字才能抓取下一个数字。因此，它暂时将第一个数字存储到寄存器中。
接下来，CPU 获取等式中的第二个数字。CPU 现在拥有将两个数字相加所需的所有信息。它继续执行相加的指令，输出新数组，即相加的结果，然后继续从内存中获取数据。
现在你可能会问，既然寄存器更快，为什么我们不将所有内容都存储在寄存器中，而还要存在内存中呢？我们寄存器的空间是有限的。实际大小取决于计算机的硬件。你可能会获得大约 16 个通用寄存器来存储你的数据。但有些寄存器只能在内部使用，不能直接访问。
内存可以轻松容纳超过寄存器容量的 1500 万倍！由于计算机必须处理如此多的数据，因此我们的寄存器很快就会耗尽空间。因此，任何我们不需要用于指令的数据，我们都会放在内存中。
Decode 解码
现在我们已经获取了数据，那这些数据实际上是什么样子的？
我们之前提到过，计算机只能读取数字。因此，我们存储的所有数据都必须以计算机可以读取的方式表示。
这些数字所代表的内容包括五大类：
- 指令
- 数值
- 字母
- 寄存器
- 内存地址
当指令周期到达解码步骤时，CPU 将识别它正在查看的数据类型。
每个 CPU 都有一组物理内置在芯片中的指令，你可以将其视为与 CPU 可以执行的数字的操作列表。因为从 Fetch 获取阶段获取的数据只是数字，所以 CPU 可以将其看到的数字与设置的指令列表进行比较来解码指令。
| 数值 | 指令 |
|---|---|
| 1 | add |
| 2 | sub |
| … | … |
解码获取的数据，第一部分是操作码，它是 CPU 可以运行的操作的唯一标识符。在将两个数字相加的情况下，该操作码就是 add 。
获取的下一个数字是要执行的参数。举一个假设的例子，假设我们有一个这样的指令：
add 3, 4
我们的操作码是 add，我们的参数是 3 和 4 。
Execute 执行
在获取的数据被解码后，CPU 得到一个可以执行的指令。
如果指令是算术的（如加法或减法）或逻辑指令（如比较两位数以给出真或假），则有一个额外的步骤在算术逻辑单元或 ALU 处。这个单位负责做数学运算。完成数学运算后，ALU 将返回一个值，该值存储在寄存器中，直到指令需要它。
