一文看懂計算機執(zhí)行程序的過程

　　程序就是指令的集合，為使計算機按預(yù)定要求工作，首先要編制程序。程序是一個特定的指令序列，它告訴計算機要做哪些事，按什么步驟去做。指令是一組二進制信息的代碼，用來表示計算機所能完成的基本操作。

　　1、程序

　　程序是為求解某個特定問題而設(shè)計的指令序列。程序中的每條指令規(guī)定機器完成一組基本操作。如果把計算機完成一次任務(wù)的過程比作樂隊的一次演奏，那么控制器就好比是一位指揮，計算機的其它功能部件就好比是各種樂器與演員，而程序就好像是樂譜。計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，或者說，控制器是根據(jù)程序的規(guī)定對計算機實施控制的。例如，對于算式

　　計算機的解題步驟可作如下安排：

　　步驟1：取a ；

　　步驟2：取b ；

　　步驟3：判斷 ；

　　若 b≥0，執(zhí)行步驟4

　　若b＜0，執(zhí)行步驟6

　　步驟4：執(zhí)行a＋b；

　　步驟5：轉(zhuǎn)步驟7；

　　步驟6：執(zhí)行a－b；

　　步驟7：結(jié)束。

　　計算機的工作過程可歸結(jié)為：取指令→分析指令→執(zhí)行指令→再取下一條指令，直到程序結(jié)束的反復(fù)循環(huán)過程。通常把其中的一次循環(huán)稱為計算機的一個指令周期?？傊覀兛砂殉绦?qū)τ嬎銠C的控制歸結(jié)為每個指令周期中指令對計算機的控制。

　　2、指令

　　程序是由指令組成的。指令是機器所能識別的一組編制成特定格式的代碼串，它要求機器在一個規(guī)定的時間段（指令周期）內(nèi)，完成一組特定的操作。指令的基本格式可歸結(jié)為操作碼OP和操作數(shù)地址AD兩部分，具體內(nèi)容是：

　?、?指出計算機應(yīng)完成的一組操作內(nèi)容，如傳送（MOV）、加法（ADD）、減法（SUB）、輸出、停機（HLT）、條件轉(zhuǎn)移（JZ）等。這部分稱為指令的操作碼部分。

　?、?兩個操作數(shù)的地址和存放結(jié)果的地址及尋址方式。

　?、?為保證程序執(zhí)行的連續(xù)性，在執(zhí)行當前指令時，還需指出下一條指令的地址。由于指令在存儲器中一般是順序存放的，所以只要設(shè)置一個指令指針（IP），每執(zhí)行一條指令，IP自動加1，便自動指出下一條指令的地址，而不必在指令中專門指出下一條指令的地址 。只有在轉(zhuǎn)移指令中才指出下一條指令的地址。此時，IP的內(nèi)容將隨轉(zhuǎn)移指令所指示的內(nèi)容改變。

　　3、指令的執(zhí)行

　　指令規(guī)定的內(nèi)容是通過控制器執(zhí)行的，或者說控制器是按照一條指令的內(nèi)容指揮操作的。

　?、?控制器的功能

　　① 定序功能——保證按程序規(guī)定的順序執(zhí)行指令。

　　② 定時功能——計算機處理信息是通過信息在計算機的邏輯電路中的流通完成的。為保證計算機工作的準確性，控制器要為計算機 中的各部件提供統(tǒng)一節(jié)拍，使各條指令及組成每條指令的各基本操作（通常稱為微操作）都嚴格地按規(guī)定的時間有條不紊地自動執(zhí)行。

　?、?操作控制功能——控制器應(yīng)能按照指令規(guī)定的內(nèi)容，在相應(yīng)的節(jié)拍向有關(guān)部件發(fā)出操作控制信號。

　?、?控制器的組成

　　在控制器中，上述功能分別由指令部件、時序部件和操作控制部件來完成。它們的組成如圖1-8所示。

　　① 指令部件：指令部件的主要功能是取指令和分析指令。它由指令指針I(yè)P（也叫指令計數(shù)器IC或程序計數(shù)器PC）、指令寄存器IR、指令譯碼器、地址計算部件組成。其中：

　　●指令指針I(yè)P的功能是指出當前指令的地址。它有加1功能，通常每取一條指令后自動加1，以指出下條指令的地址。遇到特殊情況（如轉(zhuǎn)移）可通過地址計算部件形成下一條指令的地址。

　　●指令寄存器IR保存由存儲器取來的指令，并分別把操作碼OP和操作數(shù)地址AD送指令譯碼和地址計算部件。

　　●指令譯碼器也稱操作碼譯碼器。它按操作碼的內(nèi)容向操作控制部件提供相應(yīng)的操作電信號。

　　●地址計算部件的作用是對指令中地址碼進行（變址、間址等）運算，求出的操作數(shù)地址送存儲器以取出數(shù)據(jù)；或者把轉(zhuǎn)移指令中指出的下一條指令地址送IP。

　?、?時序部件：時序部件也叫節(jié)拍發(fā)生器，它能為各部件提供一個時間基準。時鐘頻率（如800MHz，1GHz，2 GHz，2.4 GHz，3 GHz…）越高，計算機的工作速度就越快。

　?、?操作控制部件：該部件的功能是根據(jù)指令譯碼器的規(guī)定內(nèi)容，在規(guī)定的節(jié)拍內(nèi)向有關(guān)部件發(fā)出操作控制信號。

　?、?指令的執(zhí)行過程

　　通常，計算機執(zhí)行一條指令的步驟如下：

　　① 把指令指針I(yè)P中的指令地址送存儲器，從該地址取出指令送指令寄存器IR；

　?、?地址計算部件，根據(jù)IR中的地址碼形成操作數(shù)地址送存儲器，從該地址取出數(shù)據(jù)，送到運算器中的寄存器（或寄存器組）；

　?、?將IR中的操作碼OP送指令譯碼器進行譯碼；

　?、?在控制器發(fā)出的操作信號的控制下，計算機各有關(guān)部件執(zhí)行操作碼OP規(guī)定的操作；

　?、?指令指針I(yè)P加1，形成下一條指令地址。如遇到轉(zhuǎn)移指令，則按轉(zhuǎn)移指令對狀態(tài)標志寄存器測試的結(jié)果，決定是否將轉(zhuǎn)移指令中指出的指令地址送指令指針I(yè)P。