计算机基础原理知识,计算机基础知识之计算机的工作原理

1．3 计算机的工作原理

到目前为止,微机的工作原理均采用冯.若依曼的存储程序方式,即把程序存储在微机内,由微机自动存取指令并执行它。微机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地执行指令；由于执行每一条指令，都包括取指令与执行指令两个基本阶段，所以，微机的工作过程，也就是不断地取指令和执行指令的过程。微机执行程序过程示意图如下图所示。

假定程序已由输入设备存放到内存中。当计算机要从停机状态进入运行状态时，首先应把第一条指令所在的地址赋给程序计数器PC，然后机器就进入取指阶段。在取指阶段，CPU从内存中读出的内容必为指令，于是，数据寄存器DR便把它送至指令寄存器IR；然后由指令译码器译码，控制器就发出相应的控制信号。CPU便知道该条指令要执行什么操作。在取指阶段结束后，机器就进入执指阶段，这时，CPU执行指令所规定的具体操作。当一条指令执行完毕以后，就转入了下一条指令的取指阶段。这样周而复始地循环一直进行到程序中遇到暂停指令时方才结束。

取指阶段都是由一系列相同的操作组成的，所以，取指阶段的时间总是相同的，它称为公操作。而执指阶段将由不同的事件顺序组成，它取决于被执行指令的类型，因此，执指阶段的时间从一条指令到下一条指令变化相当大。

应当指出的是，指令通常包括操作码(operationcode)和操作数(operand)两大部分。操作码表示计算机执行什么具体操作，而操作数表示参加操作的数的本身或操作数所在的地址，也称之为地址码。在8位机中，由于一个存储单元只能存放一个字节，而指令根据其所含内容不同而有单字节、双字节、三字节乃至最多四字节之分，因此，在执行一条指令时，就可能要处理1—4个不等字节数目的代码信息，包括操作码、操作数或操作数的地址。

为了进——步说明微机的工作过程．我们来具体讨论一个模型机怎样执行一段简单的程序。例如，计算机如何具体计算3十2＝?虽然这是一个相当简单的加法运算，但是，计算机却无法理解。人们必须要先编写一段程序，以计算机能够理解的语言告诉它如何一步一步地去做，直到每一个细节都详尽无误，计算机才能正确地理解与执行。

在编写程序之前，必须首先查问所使用的微处理器的指令表(或指令系统)，它是某种微处理器所能执行的全部操作命令汇总。不同系列的微处理器各自具有不同的指令表。假定查到模型机的指令友中可以用三条指令求解这个问题：表1示出了这三条指令及其说明。

表中第—列为指令的名称。编写程序时，写指令的全名是不方便的，因此，人们给每条指令规定了—个缩写词，或称作助记符。第二列即助记符。第三列为机器码，机器码用二进制和十六进制两种形式表示，计算机和程序员用它来表示指令。最后一列，确切地说明了执行一条指令时所完成的具体操作。

表1 模型机指令表

名称

助记符

机器码

说明

立即数取入累加器

LD A,n

00111110 n

3E n

这是一条双字节指令,把指令第二字节的立即数n取入累加器A中

加立即数

ADD A,n

11000110 n

C6 n

这是一条双字节指令,把指令第二字节的立即数n与A中的内容相加,结果暂存A

暂停

HALT

01110110

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停止所有操作

现在我们来编写3十2＝?的程序。根据指令表提供的指令，用助记符形式和十进制数表示的加法运算的程序可表达为二制数

LD A，3

ADD A，2

HALT

但是，模型机却并不认识助记符和十进制数，而只认识用二进制数表示的操作码和操作数。因此，必须按二进制数的形式来写程序，即用对应的操作码代替每个助记符，用相应的二进制数代替每个十进制效。

LD

A，3 变成 0011

1110；操作码(LD A，n)

0000 0011；操作数(3)

ADD A，2

变成 1100 0110；操作码(ADD A，n)

0000 0010；操作数(2)

HALT 变成 0111 0110；操作码(HALT)