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大家有沒有想過這樣的問題！計算機是如何運行的？為什么它能執行我們需要的操作？其實這和指令息息相關。

計算機的工作的過程也是指令執行的過程

操作系統是程序的合集

程序由一組指令組成；

指令由一個微操作實現；

微操作由一組微指令實現；

微指令由一組微操作實現；

微指令：同時發出的控制信號所執行的一組微操作

例如：加法指令的執行可分為 取指、計算機地址、取操作數和加法運算四步

每一步都由一組微操作實現，這一組能同時執行的微操作就構成了一條微指令

微操作命令產生電路產生完成指令規定操作的各種微操作命令。這些命令產生的主要依據是時間標志和指令的操作性質。一些操作形成了電路控制信號，下面有講解。

控制器就是靠著指令指揮計算機工作的

在了解計算機指令之前我們先來了解一下CPU基本結構

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中央處理器(CPU，Central Processing Unit)

CPU：是電腦中的核心配件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。CPU是計算機中負責讀取指令，對指令譯碼并執行指令的核心部件。

中央處理器主要包括兩個部分，即控制器、運算器，其中還包括高速緩沖存儲器及實現它們之間聯系的數據、控制的總線。電子計算機三大核心部件就是CPU、內部存儲器、輸入/輸出設備。中央處理器的功效主要為處理指令、執行操作、控制時間、處理數據。

CPU(運算器和控制器兩大部件組成)

運算器(arithmetic unit)

運算器由算術邏輯單元(ALU)、累加器、狀態寄存器、通用寄存器組等組成;

計算機中執行各種算術和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術邏輯部件(ALU)。

處理后的結果數據通常送回存儲器，或暫時寄存在運算器中。

控制器(controller)

控制器由程序計數器、指令寄存器、指令譯碼器、時序產生器和操作控制器等組成；

計算機的神經中樞，指揮全機中各個部件自動協調工作。在控制器的控制下，計算機能夠自動按照程序設定的步驟進行一系列操作，以完成特定任務，來簡單了解下部件的作用(詳細了解可自行查閱)

• 指令計數器 (Program Counter簡稱：pc)用于存放下一條指令所在單元的地址的地方(位置)

當執行一條指令時，首先需要根據PC中存放的指令地址，將指令由內存取到指令寄存器中，此過程稱為“取指令”。與此同時，PC中的地址或自動加1或由轉移指針給出下一條指令的地址。此后經過分析指令，執行指令。完成第一條指令的執行，而后根據PC取出第二條指令的地址，如此循環，執行每一條指令。當計算機重啟或復位時，程序計數器通常恢復到零。

如果執行的是轉移指令，則下一條要執行的指令的地址是要轉移到的地址。該地址就在本轉移指令的地址碼字段，將其直接送往指令計數器

• 指令寄存器(Instruction Register簡稱：IR)，是臨時放置從內存里面取得的程序指令的寄存器，用于存放當前從主存儲器讀出的正在執行的一條指令。

比如，我們此時對計算機的桌面進行了鼠標右鍵的操作，這時候這個鼠標硬件操作的指令就會被指令寄存器讀取存放，然后再進行執行。

執行一條指令時，根據地址寄存器的地址，從內存儲器中讀出一條指令，存入指令寄存器中。指令寄存器的相應位送入指令譯碼器(操作碼譯碼、變址譯碼等)。根據譯碼結果產生相應的控制信號，完成指令規定的運算、傳送數據等動作

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• 指令譯碼器(Instruction Decoder,ID)用來對指令的操作碼進行譯碼，產生相應的控制電平，完成分析指令的功能。

指令由操作碼和地址碼組成

操作碼表示要執行的操作性質，即執行什么操作，決定操作的性質和方法，然后才能控制計算機其他各部件協同完成指令表達的功能

地址碼是操作碼執行時的操作對象的地址。

計算機執行一條指定的指令時，必須首先分析這條指令的操作碼是什么，以決定操作的性質和方法，然后才能控制計算機其他各部件協同完成指令表達的功能。這個分析工作由指令譯碼器來完成。指令執行通過控制部件進行指令譯碼，標量指令由標量處理機執行向量指令各Cache控制器監聽總線所有操作，并對操作做相應處理(修改或作廢)，如MESI協議。

時序產生器：一個類似"作息時間"的東西，使計算機可以準確、迅速、有條不紊地工作。機器一旦被啟動，即CPU開始取指令并執行指令時，操作控制器就利用定時脈沖的順序和不同的脈沖間隔，有條理、有節奏地指揮機器的動作，規定在這個脈沖到來時做什么，在那個脈沖到來時又做什么，給計算機 各部分提供工作所需的時間標志，時間標志信號一般為三級：指令周期、總線周期和時鐘周期。

操作控制器：功能就是根據指令操作碼和時序信號，產生各種操作控制信號，以便正確地建立數據通路，從而完成取指令和執行指令的控制

接下來我們來了解指令及指令的執行步驟

指令概念

指令是由操作數和地址碼組成，是計算機硬件能識別并執行的計算機0和1代碼；

計算機工作的過程就是指令執行的過程；

指令存放在主存儲器中，主存儲器 中指令來自于程序的解釋編譯，有效集合為程序；

程序就是一系列按一定順序排列的指令。

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計算機指令執行的步驟

取指令——分析指令(編譯)——執行指令

1.取指令

由于指令是存放在主存儲器中，當執行一條指令時，根據地址寄存器的地址，從內存儲器中讀出一條指令經過數據總線送到指令寄存器當中，這個過程叫做取指令。與此同時，程序計數器(PC)中的地址或自動加1或由轉移指針給出下一條指令的地址。指令寄存器相應位送入指令譯碼器分析指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數字組成，為了執行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試，以便識別所要求的操作。

2.分析指令

指令譯碼器進行分析操作碼和地址碼(指令由操作碼和地址碼組成)

操作碼表示要執行的操作性質，即執行什么操作，或做什么；決定操作的性質和方法，然后才能控制計算機其他各部件協同完成指令表達的功能，操作碼被送到指令譯碼器中譯碼

地址碼是操作碼執行時的操作對象的地址。

地址碼則送到地址形成部件，地址形成部件根據指令特征將地址碼形成有效地址，送往主存的地址寄存器。對于轉移指令，要將形成的有效轉移地址送往程序計數器中，實現程序的轉移

操作控制器根據指令譯碼器對于指令操作碼的譯碼，產生出實現指令功能所需要的全部動作的控制信號，最后根據控制信號去執行指令。

3.執行指令

完成第一條指令的執行，而后根據PC取出第二條指令的地址，取指令、分析指令，執行指令。如此循環，執行每一條指令

總結

了解CPU組成及部件

指令的概念

指令是0和1代碼。程序就是按一定順序，排列的指令......。

計算機指令執行的步驟

取指——分析指令(編譯)——執行指令

內存儲器——指令寄存器(同時指令計數器)——指令譯碼器——執行指令

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作者：TianshiyuMogui

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總結

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