计算机科学导论-计算思维程序实践 课件 第8讲-机器程序是如何被执行的-一台典型的计算机

第8讲机器程序是如何被执行的

—一台典型计算机哈尔滨工业大学计算学部教学委员会主任国家教学名师战德臣(数据)寄存器

算术、逻辑及移位运算R0R1运算器(数据)寄存器算术逻辑部件R0=R1

R0(赋值,R0既是一个操作数，又保存运算结果)。其中为算术、逻辑及移位运算符一台典型的计算机运算器为什么要如此设计呢？减少指令的长度两个操作数都在存储器中：只需给出一个存储单元地址000011

0000001010利用寄存器进行腾挪时钟与节拍发生器信号控制

PCIR

算术、逻辑及移位运算R0R1控制器运算器(数据)寄存器程序计数器PC指令寄存器IR信号控制器—发出控制信号时钟与节拍发生器—控制操作次序注：PC：程序计数器---存储下一要执行指令的地址IR：指令寄存器---存储当前指令内容控制器一台典型的计算机将要执行哪一个程序，则将该程序的地址送给PC。否则PC值自动加1，按顺序执行时钟与节拍发生器信号控制

PCIR

算术、逻辑及移位运算

地址内容R0R1存储器(内存)控制器运算器(数据)寄存器存储单元地址存储单元内容存储器一台典型的计算机时钟与节拍发生器信号控制

PCIR

算术、逻辑及移位运算

地址内容R0R1存储器(内存)控制器运算器(数据)寄存器

信号控制线数据线地址线各部件的连接与控制一台典型的计算机存储器被连接到多个位置，怎么控制传送给谁？信号控制部件给谁发信号，谁就接收；否则不接收时钟与节拍发生器信号控制0000000000000000

PCIR

算术、逻辑及移位运算

0000000000000000地址内容R0R1存储器(内存)控制器运算器(数据)寄存器程序&指令数据程序与数据要存在存储器中一台典型的计算机不同的指令，由一组不同的电信号构成。有些电信号需要按次序完成。最小的时间区隔单位--时钟周期。不同的时钟周期状态称为节拍。多个节拍构成一个机器周期。一条指令占用一个或多个机器周期。同一指令的电信号在时钟与节拍的控制下按次序产生与传输。问：机器的“主频”指的是什么?时钟周期、节拍与机器周期指令执行的信号化--即在节拍控制下有序地发出各种电信号指令执行一台典型的计算机计算机各部件内部的简单构成关系运算器寄存器算术逻辑部件控制器程序计数器PC指令寄存器信号控制器时钟与节拍发生器存储器存储单元地址存储单元内容一台典型的计算机程序怎么被执行呢？时钟与节拍发生器信号控制0000000000000000

PCIR

算术、逻辑及移位运算

地址内容R0R1(数据)寄存器程序&指令数据运算器控制器存储器机器程序的执行过程模拟初始状态时钟与节拍发生器信号控制寄存器00000000000000000000010000001000

算术、逻辑及移位运算00000100000010000000000000000000地址内容

R0R1PCIR运算器控制器存储器机器程序的执行过程模拟第1条指令：取指令（2个节拍）T1

:将PC值送存储器发控制信号通知存储器工作T2

:按地址找到存储单元并读出发控制信号通知IR接收模拟的要点：1注意存储单元的地址和内容；2注意各寄存器的变化加强理解：完成什么操作（发出什么信号）；2各信号发出的次序与控制0000010000001000时钟与节拍发生器信号控制寄存器00000000000000010000010000001000

0000000000000011

算术、逻辑及移位运算00000000000000110000000000001000地址内容

控制R0R0R1000001PCIR

0000000000000000运算器控制器存储器机器程序的执行过程模拟第1条指令：执行指令（2个节拍）T3

:IR的操作码送信号控制部件识别是取数指令，将IR地址码送存储器发控制信号通知存储器工作PC值自动加1T4

:按地址找到存储单元并读出发控制信号通知R0接收时钟与节拍发生器信号控制寄存器00000000000000010000010000001000

0000000000000011

算术、逻辑及移位运算00000000000000110000000000001000地址内容R0R1PCIR运算器控制器存储器机器程序的执行过程模拟第1条指令执行结束状态时钟与节拍发生器信号控制寄存器00000000000000010001000000001001

0000000000000011

算术、逻辑及移位运算00010000000010010000000000000001地址内容

R0R1PCIR0000010000001000运算器控制器存储器0000000000000011机器程序的执行过程模拟第2条指令：取指令（2个节拍）时钟与节拍发生器信号控制寄存器0000000000000010000100000000100100000000000010000000000000000011

R0算术、逻辑及移位运算R100000000000010000000000000001001地址内容

控制R1

000100PCIR

0000000000000001运算器控制器存储器0000010000001001机器程序的执行过程模拟第2条指令：执行指令（4个节拍）时钟与节拍发生器信号控制寄存器0000000000000010000100000000100100000000000010000000000000011000

R0算术、逻辑及移位运算R100000000000010000000000000001001地址内容

000100PCIR0000000000000011运算器控制器存储器机器程序的执行过程模拟第2条指令：执行指令（4个节拍-续）小结机器程序是如何被执行的[T]机器程序自动被执行的过程模拟[T]机器程序执行机构【机器程序被自动执行】思维[K]存储器：存储地址与存储单元[ETP]机器程序在存储器中的存储[K]运算器：基本运算[K]数据寄存器及其利用[K]控制器：指令执行[K]时钟、节拍与机器周期：控制电子信号产生及传输次序[K]信号控制部件：依据操作码产生不同信号[K]程序计数器PC，保存下一条指令地址，且能够自动加1

[T]指令执行：在时钟与节拍控制下有序产生和传输电子信号[KE]一条指令的执行过程模拟：取指令和执行指令[ETP]模拟运算器和控制器完整执行示例机器程序

[ETP]示例机器程序的指令产生的信号与节拍分解[Q]机器是如何一条接一条指令的执行机器程序的？[K]指令寄存器IR,保存当前正