计算机执行一条程序的过程

基础知识:

       1）微处理器（Microprocessor，μP，）作为微型计算机（微机，Microcomputer，μC）的中央处理器（CPU）有运算器、控制器、若干寄存器组成。

       2）系统总线（外部总线）：是CPU与内存、I/O进行数据交换的通道，包括AB、DB、CB。

       3）1CPU周期=1机器周期=12振荡周期

运算器：图中红色部分，由ALU（算数逻辑单元）、累加器、寄存器组成。ALU就是做加法/减法的地方，它的操作数来自数据寄存器和累加器，运算得到的结果放在累加器；累加器的作用就是把操作数送给ALU、保存数据ALU计算的结果。总的来说，运算器的功能是执行算术运算、逻辑运算。

控制器：由程序计数器（PC）、指令寄存器、指令译码器等。其功能有：

1）从内存中取出指令，并由PC指出下一条指令在内存的位置

2）对把指令送到指令译码器进行译码，产生相应控制信号，以便执行规定的动作

3）指挥并控制CPU、内存、I/O设备的之间的数据流动

几个重要寄存器：

累加器（A）

数据寄存器（DR）：所有从内存或I/O设备读/写的数据都要先暂存于此，可暂存指令或数据。

程序计数器（PC）：又称指令地址计数器，每次执行指令时，它都会自加1，以指出下一条指令的位置。

地址寄存器（AR）：用于保持CPU要访问的内存或I/O的地址。因为内存、I/O与CPU的速度差距太大，故需要AR暂存地址。假设没有这个寄存器，CPU正在读内存或I/O中的数据，它俩速度太慢，数据还没读完，又来了个新地址指向内存或I/O，则会把前面没读完的数据丢失。

指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）：当从内存读取的是指令时，通过数据总线送到DR，然后再送到IR，ID再进行译码，译码后才知道要发出什么具体的的控制信号。

计算机执行一条程序的过程：

假设现在要执行“7+10”，指令如下：

第一步：先看图

假设程序的初始地址是00010000，则计算机上电后，PC就指向00010000。PC把00010000送给地址寄存器，地址寄存器通过地址总线指向了内存的00010000单元，内存把00010000中的内容10010110送到数据寄存器，因为这个内容是指令，所以又送到指令寄存器、指令译码器，经过译码后，计算机就知道了这个命令是LDA，要装数到累加器，这一步花费了一个机器周期。这时PC已经加1了。

第二步：先看图

上面说到PC加1了，于是PC里的数据变为00010001，把00010001送给地址寄存器，地址寄存器通过数据总线指向了内存的00010001单元，找到了其中的数据00010111（23），送到地址译码器。这里花费了一个机器周期。PC又加1，准备好执行ADD 24。

第三步：先看图

因为是直接寻址，找到了操作数00010111（23）后，又把它当作地址，指向了内存的00010111位置，取出了其中的数据00000111（7），再通过数据总线传到数据寄存器，数据寄存器又把00000111传到累加器A。这里又花费了一个机器周期。至此，计算机完成了LDA 23。

再看看执行指令LDA 23 的机器周期是怎样的：

总结来说就是：

第一个机器周期完成取操作码、译操作码

第二个机器周期完成把操作数地址送到译码器

第三个机器周期完成把操作数地址指定的数据送给数据寄存器