计算机指令主要存放在内存。
内存是用来暂时存放处理程序、待处理的数据和运算结果的主要存储器,直接和中央处理器交换信息,由半导体集成电路构成。
计算机指令,就是指挥机器工作的指示和命令,程序就是一系列按一定顺序排列的指令,执行程序的过程就是计算机的工作过程。每一台计算机均有自己的特定的指令系统,其指令内容和格式有所不同。
计算机存储器又称内存,是一种利用半导体技术做成的电子设备,用来存储数据,电子电路的数据是以二进制的方式存储,存储器的每一个存储单元称做记忆元。
计算机指令的执行程序
令的顺序执行,将完成程序的执行,因而有必要了解指令的执行过程。首先是取指令和分析指令,按照程序规定的次序,从内存储器取出当前执行的指令,并送到控制器的指令寄存器中,对所取的指令进行分析,即根据指令中的 *** 作码确定计算机应进行什么 *** 作。
其次是执行指令,根据指令分析结果,由控制器发出完成 *** 作所需的一系列控制电位,以便指挥计算机有关部件完成这一 *** 作,同时,还为取下一条指令作好准备。
计算机的工作过程本质上就是执行程序的过程,而程序是由若干条指令组成的,计算机逐条执行程序中的指令,就可完成一个程序的执行,从而完成一项特定的工作。因此,要了解计算机的工作原理,就是要了解指令和指令执行的基本过程。
1指令和程序
计算机之所以能脱离人的直接干预,自动地进行计算,是由于人把实现整个计算的一步步 *** 作用命令的形式(即一条条指令)预先输入到存储器中,在执行时,机器把这些指令一条条地取出来,加以分析和执行。
通常一条指令对应着一种基本 *** 作。一个计算机能执行什么样的指令,有多少条指令,这是由设计人员在设计计算机时决定的。计算机所能直接执行的全部指令,就是计算机的指令系统(Instruction Set)。
以二进制编码表示的指令叫机器指令,它通常包括 *** 作码和 *** 作数两大部分, *** 作码表示计算机执行什么 *** 作, *** 作数指明参加 *** 作的数的本身或 *** 作数所在的地址。因为计算机只认识二进制数,所以计算机指令系统中的所有指令都必须以二进制编码的形式来表示。
程序即解题步骤。计算机的解题程序必须用计算机能识别的语言来描述,因此程序是指令的集合,用指令描述的解题步骤就叫程序。
2指令的执行过程
按照冯·诺伊曼的存储程序思想,利用计算机解题首先要把指挥计算机如何进行 *** 作的指令序列(即程序)和原始数据通过输入设备输送到计算机内存储器中,计算机运行时,依次从内存中取出一条条指令,控制器对指令进行分析判断,按照指令要求,发出不同的控制信号,在控制器的指挥下完成规定的 *** 作,直到完成全部 *** 作为止。所以,计算机的工作原理可以概括为存储程序和程序控制。
一般把计算机完成一条指令所花费的时间称为一个指令周期,指令周期越短,指令执行越快。通常所说的CPU主频或工作频率,就反映了指令执行周期的长短。
计算机在运行时,CPU从内存读出一条指令到CPU内执行,指令执行完,再从内存读出下一条指令到CPU内执行。CPU不断地取指令、分析指令、执行指令,这就是程序的执行过程。
计算机指令指令就是指挥机器工作的指示和命令,程序就是一系列按一定顺序排列的指令,执行程
计算机指令
序的过程就是计算机的工作过程。控制器靠指令指挥机器工作,人们用指令表达自己的意图,并交给控制器执行。一台计算机所能执行的各种不同指令的全体,叫做计算机的指令系统,第一台计算机均有自己的特定的指令系统,其指令内容和格式有所不同。通常一条指令包括两方面的内容: *** 作码和 *** 作数, *** 作码决定要完成的 *** 作, *** 作数指参加运算的数据及其所在的单元地址。在计算机中, *** 作要求和 *** 作数地址都由二进制数码表示,分别称作 *** 作码和地址码,整条指令以二进制编码的形式存放在存储器中。指令的种类和多少与具体的机型有关,在此不详述,请参见具体的机器资料手册。指令的顺序执行,将完成程序的执行,因而有必要了解指令的执行过程。首先是取指令和分析指令。按照程序规定的次序,从内存储器取出当前执行的指令,并送到控制器的指令寄存器中,对所取的指令进行分析,即根据指令中的 *** 作码确定计算机应进行什么 *** 作。
程序流程图
其次是执行指令。根据指令分析结果,由控制器发出完成 *** 作所需的一系列控制电位,以便指挥计算机有关部件完成这一 *** 作,同时,还为取下一条指令作好准备。
51单片机设计0~99秒的工作原理,单片机的工作原理与计算机CPU的工作原理是一样的,主要是利用片内的半导体存储器存放用户的程序和数据,单片机的核心中央微处理器CPU中有指令寄存器、指令译码器,程序计数器等部件,由程序计数器寻找下一条要执行的指令,找到后,将指令送给指令寄存器,再由指令译码器翻译执行该指令,完成对指令功能的 *** 作。 一句话:单片机的工作就是不断地取指令、分析指令、执行指令的循环过程。按预先编写的程序执行,以达到用户期待的结果。 单片机主要用途是做生产设备的控制器,做智能仪表的核心部件,由于单片机体积微小,可以植入任何一个设备和仪表当中,因此它也是嵌入式技术的核心部件。
(一)冯·诺依曼设计思想
计算机问世50年来,虽然现在的计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时的计算机有很大的差别,但基本体系结构没有变,都属于冯·诺依曼计算机。
冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点:
① 计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。
② 计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。每条指令一般具有一个 *** 作码和一个地址码。其中, *** 作码表示运算性质,地址码指出 *** 作数在存储器的位置。
③ 将编好的程序和原始数据送入内存储器中,然后启动计算机工作,计算机应在不需 *** 作人员干预的情况下,自动逐条取出指令和执行任务。
冯·诺依曼设计思想最重要之处在于他明确地提出了“程序存储”的概念。他的全部设计思想,实际上是对“程序存储”要领的具体化。
(二)计算机基本结构图
(图中实线为数据流,虚线为控制流),我们可以更好地理解“存储程序”和“程序控制”。
输入设备在控制器控制下输入解题程序和原始数据,控制器从存储器中依次读出程序的一条条指令,经过译码分析,发出一系列 *** 作信号以指挥运算器、存储器等到部件完成所规定的 *** 作功能,最后由控制器命令输出设备以适当方式输出最后结果。这一切工作都是由控制器控制、而控制器赖以控制的主要依据则是存放于存储器中的程序。人们常说,现代计算机采用的是存储程序控制方式,就是这个意思。
(三)计算机的工作过程
计算机的工作过程,就是执行程序的过程。怎样组织存储程序,涉及到计算机体系结构问题。现在的计算机都是基于“程序存储”概念设计制造出来的。
了解了“程序存储”,再去理解计算机工作过程变得十分容易。如果想叫计算机工作,就得先把程序编出来,然后通过输入设备送到存储器保存起来,即程序存储。下面就是执行程序的问题。根据冯·诺依曼的设计,计算机应能自动执行程序,而执行程序又归结为逐条执行指令。执行一条指令又可分为以下4个基本 *** 作:
① 取出指令:从存储器某个地址中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存。
② 分析指令:把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器,译出该指令对应的微 *** 作。
③ 执行指令:根据指令译码,向各个部件发出相应控制信号,完成指令规定的各种 *** 作。
④ 为执行下一条指令作好准备,即取出下一条指令地址。
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