計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行過(guò)程

1、一.計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行過(guò)程程序就是指令的集合為使計(jì)算機(jī)按預(yù)定要求工作,首先要編制程序.程序是一個(gè)特定的指令序列,它告訴計(jì)算機(jī)要做哪些事,按什么步驟去 做.指令是一組二進(jìn)制信息的代碼,用來(lái)表示計(jì)算機(jī)所能完成的根本操作.1.程序程序是為求解某個(gè)特定問(wèn)題而設(shè)計(jì)的指令序列.程序中的每條指令規(guī)定機(jī)器完成一組根本操作.如果把計(jì)算機(jī)完成一次 任務(wù)的過(guò)程比作樂(lè)隊(duì)的一次演奏,那么限制器就好比是一位指揮,計(jì)算機(jī)的其它功能部件就好比是各種樂(lè)器與演員,而 程序就好似是樂(lè)譜.計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行程序的過(guò)程,或者說(shuō),限制器是根據(jù)程序的規(guī)定對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)施限制的. 例如,對(duì)于算式r a+bh"口a+ 1 b 1 =

2、-a-bb<0計(jì)算機(jī)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；.假設(shè)b>0,執(zhí)行步驟4.假設(shè)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(jì)算機(jī)的工作過(guò)程可歸結(jié)為：取指令-分析指令-執(zhí)行指令一再取下一條指令,直到程序結(jié)束的反復(fù)循環(huán)過(guò)程.通常把其中的一次循環(huán)稱(chēng)為計(jì)算機(jī)的一個(gè)指令周期.總之,我們可把程序?qū)τ?jì)算機(jī)的限制歸結(jié)為每個(gè)指令周期中指令對(duì)計(jì)算 機(jī)的限制.2 .指令程序是由指令組成的.指令是機(jī)器所能識(shí)別的一組編制成特定格式的代碼串,它要求機(jī)器在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間段指令 周期內(nèi),完成一組特定的操作

3、. 指令的根本格式可歸結(jié)為操作碼 OP和操作數(shù)地址AD兩局部,具體內(nèi)容是：指出計(jì)算機(jī)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(jī)HLT、條 件轉(zhuǎn)移JZ等.這局部稱(chēng)為指令的操作碼局部.兩個(gè)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(dāng)前指令時(shí),還需指出下一條指令的地址.由于指令在存儲(chǔ)器中一般是順序存放的,所以只要設(shè)置一個(gè)指令指針I(yè)P,每執(zhí)行一條指令,IP自動(dòng)加1,便自動(dòng)指出下一條指令的地址,而不必在指 令中專(zhuān)門(mén)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(shí),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)

4、容是通過(guò)限制器執(zhí)行的,或者說(shuō)限制器是根據(jù)一條指令的內(nèi)容指揮操作的.限制器的功能定序功能一一保證按程序規(guī)定的順序執(zhí)行指令. 定時(shí)功能一一計(jì)算機(jī)處理信息是通過(guò)信息在計(jì)算機(jī)的邏輯電路中的流通完成的.為保證計(jì)算機(jī)工作的準(zhǔn)確性,控 制器要為計(jì)算機(jī) 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根本操作通常稱(chēng)為微操作都嚴(yán)格地按規(guī)定的時(shí)間有條不紊地自動(dòng)執(zhí)行. 操作限制功能一一限制器應(yīng)能根據(jù)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)出操作限制信號(hào).限制器的組成在限制器中,上述功能分別由指令部件、時(shí)序部件和操作限制部件來(lái)完成.它們的組成如圖1-8所示操作限制信號(hào)地址 單元圖1 «限制器工作探理圖指

5、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(jì)數(shù)器IC或程序計(jì)數(shù)器PC、指令存放器IR、指令譯碼器、地址計(jì)算部件組成.其中：射旨令指針I(yè)P的功能是指出當(dāng)前指令的地址.它有加1功能,通常每取一條指令后自動(dòng)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(guò)地址計(jì)算部件形成下一條指令的地址.射旨令存放器IR保存由存儲(chǔ)器取來(lái)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(jì)算部件.附旨令譯碼器也稱(chēng)操作碼譯碼器.它按操作碼的內(nèi)容向操作限制部件提供相應(yīng)的操作電信號(hào).地址計(jì)算部件的作用是對(duì)指令中地址碼進(jìn)行變址、間址等運(yùn)算,求出的操作數(shù)地址送存儲(chǔ)器以取出數(shù)據(jù)；或者

6、把轉(zhuǎn)移指令中指出的下一條指令地址送IP.時(shí)序部件：時(shí)序部件也叫節(jié)拍發(fā)生器,它能為各部件提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn).時(shí)鐘頻率如800MHz, 1GHz, 2 GHz,2.4 GHz , 3 GHz越高,計(jì)算機(jī)的工作速度就越快.操作限制部件：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)出操作限制信號(hào).指令的執(zhí)行過(guò)程通常,計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令的步驟如下： 把指令指針I(yè)P中的指令地址送存儲(chǔ)器,從該地址取出指令送指令存放器IR; 地址計(jì)算部件,根據(jù)IR中的地址碼形成操作數(shù)地址送存儲(chǔ)器,從該地址取出數(shù)據(jù),送到運(yùn)算器中的存放器或寄 存器組； 將IR中的操作碼OP送指令譯碼器進(jìn)行譯碼； 在限制器發(fā)出

7、的操作信號(hào)的限制下,計(jì)算機(jī)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,那么按轉(zhuǎn)移指令對(duì)狀態(tài)標(biāo)志存放器測(cè)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 IP o4.計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程要使計(jì)算機(jī)按預(yù)定要求工作,首先要編制程序.程序是一個(gè)特定的指令序列,它告訴計(jì)算機(jī)要做哪些事,按什么步驟去做.指令是一組二進(jìn)制信息的代碼,用來(lái)表示計(jì)算機(jī)所能完成的根本操作.不同的計(jì)算機(jī)所包含指令的種類(lèi)和數(shù)目是不同的,通常把一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的各類(lèi)指令的集合,稱(chēng)為該機(jī)的指令系統(tǒng). 因此,在機(jī)器一級(jí)的程序設(shè)計(jì),就是按 照解題要求在機(jī)器指令系統(tǒng)中選擇并有序組合解題需要的指

8、令序列的過(guò)程.使用計(jì)算機(jī)解題大致要經(jīng)過(guò)程序設(shè)計(jì) 一輸入程序-執(zhí)行程序等步驟.現(xiàn)以計(jì)算 a+b-c為例來(lái)說(shuō)明這一過(guò)程.設(shè)a、b、c為的三個(gè)數(shù),分別存放在主存的 57號(hào)單元中,結(jié)果將存放在主存的8號(hào)單元.假設(shè)采用單累加器結(jié)構(gòu)的 運(yùn)算器,要完成上述計(jì)算至少需要5條指令,這5條指令依次存放在主存的04號(hào)單元中,參加運(yùn)算的數(shù)也必須存放在 主存指定的單元中,主存中有關(guān)單元的內(nèi)容如圖 1-9(a)所示.運(yùn)算器的簡(jiǎn)單框圖如圖1-9(b)所示,圖中參加運(yùn)算的一個(gè) 操作數(shù)來(lái)自累加器,另一個(gè)來(lái)自主存,運(yùn)算結(jié)果那么放在累加器中.000102030405060703圖1-9計(jì)苴懶行過(guò)程舉例計(jì)算機(jī)的限制器將限制指令的逐條

9、、依次執(zhí)行,最終得到正確的結(jié)果.具體步驟如下：執(zhí)行取數(shù)指令,從主存5號(hào)單元取出數(shù)a,送入累加器中.執(zhí)行加法指令,將累加器中的內(nèi)容 a與從主存6號(hào)單元取出的數(shù)b 一起送到算術(shù)邏輯部件ALU (Arithmetic Logic Unit, ALU)中相加,結(jié)果a+b保存在累加器中. 執(zhí)行減法指令,將累加器中的內(nèi)容 a+b與從主存7號(hào)單元取出的數(shù)c一起送到算術(shù)邏輯部件ALU中相減,結(jié)果 a+bc保存在累加器中. 執(zhí)行存數(shù)指令,把累加器中的內(nèi)容 a+b-c存至主存8號(hào)單元.執(zhí)行停機(jī)指令,計(jì)算機(jī)停止工作.二.編譯型和解釋型語(yǔ)言將高級(jí)語(yǔ)言譯成機(jī)器語(yǔ)言有兩種方式：編譯和解釋.二者區(qū)別在于譯的時(shí)間不同.編譯型

10、語(yǔ)言：程序在執(zhí)行之前需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的編譯過(guò)程,把程序編譯成為機(jī)器語(yǔ)言的文件,運(yùn)行時(shí)不需要重新譯,直接使用編譯的結(jié)果就行了.因此效率比擬高.比方C語(yǔ)言.解釋型語(yǔ)言：程序不需要編譯,程序在運(yùn)行時(shí)才譯成機(jī)器語(yǔ)言,每執(zhí)行一次都要譯一次.因此效率比擬低.比方Basic語(yǔ)言,專(zhuān)門(mén)有一個(gè)解釋器能夠直接執(zhí)行Basic程序,每個(gè)語(yǔ)句都是執(zhí)行的時(shí)候才譯.C語(yǔ)言是編譯型的.Java比擬特殊,Java程序也需要編譯,但是沒(méi)有直接編譯成機(jī)器語(yǔ)言,而是編譯成字節(jié)碼,然后用解釋方式執(zhí)行字節(jié)碼.C程序一一 機(jī)器語(yǔ)言編譯Java程序一一 字節(jié)碼編譯一一 機(jī)器語(yǔ)言解釋指令是由0和1組成的一組具有 根據(jù)當(dāng)前硬件狀態(tài)而改變計(jì)算機(jī)硬件狀態(tài)為目地的二進(jìn)制代碼.簡(jiǎn)單的說(shuō)計(jì)算機(jī)就是電 路的狀態(tài)的表現(xiàn).計(jì)算機(jī)是一種思想 限制、輸入輸出、處理、存儲(chǔ)從一個(gè)人的處理事件的角度上說(shuō)是符合人類(lèi)的處理 方式.所以計(jì)算機(jī)是一種以人類(lèi)處理事物思想的產(chǎn)物.計(jì)算機(jī)能按部就班的工作是依靠它的內(nèi)部電路的狀態(tài)如 存放器,在計(jì)算機(jī)內(nèi)一條指令可以理解成改變這些電路狀態(tài) 的二進(jìn)制代碼,當(dāng)然改變是根據(jù)硬件當(dāng)時(shí)的狀態(tài)來(lái)改變的,比方果1+1的計(jì)算機(jī)內(nèi)部,1這個(gè)值是一種電路狀態(tài),通過(guò)一組邏輯電路把兩組電路的狀態(tài)重新組