1．3?計算機的工作原理

到目前為止,微機的工作原理均采用馮.若依曼的存儲程序方式,即把程序存儲在微機內(nèi),由微機自動存取指令并執(zhí)行它。微機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，而程序由指令序列組成，因此，執(zhí)行程序的過程，就是執(zhí)行指令序列的過程，即逐條地執(zhí)行指令；由于執(zhí)行每一條指令，都包括取指令與執(zhí)行指令兩個基本階段，所以，微機的工作過程，也就是不斷地取指令和執(zhí)行指令的過程。微機執(zhí)行程序過程示意圖如下圖所示。

假定程序已由輸入設(shè)備存放到內(nèi)存中。當(dāng)計算機要從停機狀態(tài)進入運行狀態(tài)時，首先應(yīng)把第一條指令所在的地址賦給程序計數(shù)器PC，然后機器就進入取指階段。在取指階段，CPU從內(nèi)存中讀出的內(nèi)容必為指令，于是，數(shù)據(jù)寄存器DR便把它送至指令寄存器IR；然后由指令譯碼器譯碼，控制器就發(fā)出相應(yīng)的控制信號。CPU便知道該條指令要執(zhí)行什么操作。在取指階段結(jié)束后，機器就進入執(zhí)指階段，這時，CPU執(zhí)行指令所規(guī)定的具體操作。當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢以后，就轉(zhuǎn)入了下一條指令的取指階段。這樣周而復(fù)始地循環(huán)一直進行到程序中遇到暫停指令時方才結(jié)束。

取指階段都是由一系列相同的操作組成的，所以，取指階段的時間總是相同的，它稱為公操作。而執(zhí)指階段將由不同的事件順序組成，它取決于被執(zhí)行指令的類型，因此，執(zhí)指階段的時間從一條指令到下一條指令變化相當(dāng)大。

應(yīng)當(dāng)指出的是，指令通常包括操作碼(operationcode)和操作數(shù)(operand)兩大部分。操作碼表示計算機執(zhí)行什么具體操作，而操作數(shù)表示參加操作的數(shù)的本身或操作數(shù)所在的地址，也稱之為地址碼。在8位機中，由于一個存儲單元只能存放一個字節(jié)，而指令根據(jù)其所含內(nèi)容不同而有單字節(jié)、雙字節(jié)、三字節(jié)乃至最多四字節(jié)之分，因此，在執(zhí)行一條指令時，就可能要處理1—4個不等字節(jié)數(shù)目的代碼信息，包括操作碼、操作數(shù)或操作數(shù)的地址。

為了進——步說明微機的工作過程．我們來具體討論一個模型機怎樣執(zhí)行一段簡單的程序。例如，計算機如何具體計算3十2＝?雖然這是一個相當(dāng)簡單的加法運算，但是，計算機卻無法理解。人們必須要先編寫一段程序，以計算機能夠理解的語言告訴它如何一步一步地去做，直到每一個細節(jié)都詳盡無誤，計算機才能正確地理解與執(zhí)行。

在編寫程序之前，必須首先查問所使用的微處理器的指令表(或指令系統(tǒng))，它是某種微處理器所能執(zhí)行的全部操作命令匯總。不同系列的微處理器各自具有不同的指令表。假定查到模型機的指令友中可以用三條指令求解這個問題：表1示出了這三條指令及其說明。

表中第—列為指令的名稱。編寫程序時，寫指令的全名是不方便的，因此，人們給每條指令規(guī)定了—個縮寫詞，或稱作助記符。第二列即助記符。第三列為機器碼，機器碼用二進制和十六進制兩種形式表示，計算機和程序員用它來表示指令。最后一列，確切地說明了執(zhí)行一條指令時所完成的具體操作。

表1 模型機指令表

名稱

助記符

機器碼

說明

立即數(shù)取入累加器

LD A,n

00111110?n

3E?n

這是一條雙字節(jié)指令,把指令第二字節(jié)的立即數(shù)n取入累加器A中

加立即數(shù)

ADD A,n

11000110?n

C6?n

這是一條雙字節(jié)指令,把指令第二字節(jié)的立即數(shù)n與A中的內(nèi)容相加,結(jié)果暫存A

暫停

HALT

01110110

76

停止所有操作

現(xiàn)在我們來編寫3十2＝?的程序。根據(jù)指令表提供的指令，用助記符形式和十進制數(shù)表示的加法運算的程序可表達為二制數(shù)

LD A，3

ADD A，2

HALT

但是，模型機卻并不認識助記符和十進制數(shù)，而只認識用二進制數(shù)表示的操作碼和操作數(shù)。因此，必須按二進制數(shù)的形式來寫程序，即用對應(yīng)的操作碼代替每個助記符，用相應(yīng)的二進制數(shù)代替每個十進制效。

LD

A，3?變成?0011

1110；操作碼(LD A，n)

0000 0011；操作數(shù)(3)

ADD A，2

變成?1100 0110；操作碼(ADD A，n)

0000 0010；操作數(shù)(2)

HALT?變成?0111 0110；操作碼(HALT)

總結(jié)

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