4.计算机的工作过程

计算机的工作过程

1.假设在某计算机的指令系统中设计有如下的几条指令：

(1) LOAD R1, M1 (2) STORE M3, R1

(3) ADD R1, M2 (4) JMP L

(1)是传送类指令，其含义是将M1中的内容装入R1。

(2)也是传送类指令，其含义是将R1的内容存入M3中。

(3)是运算类指令，其含义是将R1的内容与M2中的内容相加后存入R1。

(4)是转移类指令，其含义是无条件转向L处。

2.如果要求将M1的内容与M2的内容相加后存入M3,可表示为:

(M1)+(M2)→(M3)

再将程序转向L处的指令继续执行，则可用上面给出的各指令编写出如下的程序来实现：汇编语言程序机器语言程序程序的功能

LOAD R1, M1 00001011 00000101 将M1的内容送入R1

ADD R1, M2 00011011 00000110 将R1的内容加上M2的内容再送回R1 STORE M3, R1 00101011 00000111 将R1的内容送入M3中

JMP L 00110000 00010001 转向L处继续执行那里的指令

汇编时，假设存储单元的地址M1、M2、M3分别为5、6、7，其内容分别为12、34、0；地址L为17；R1寄存器的编号为1011。

四条指令LOAD、ADD、STORE、JMP的操作码分别为0000、0001、0010、0011。

每条机器指令的第2个字节都是存储单元地址，第一个字节左边4位是操作码，右边4位是寄存器号或0000。

3.上述机器语言程序可被计算机识别，但不能被执行，还需要为其分配存储器地址。

例如，上述机器语言程序可能按如下方式分配存储器地址：

4.计算机的内部结构(模型机)

5. 指令及程序的执行过程

计算机执行指令的过程可概括如下：

(1) 控制器把PC中的指令地址送往存储器地址寄存器MAR，并发出读命令“M读”。存储器按给定的地址读出指令，经由存储器数据寄存器MDR送往控制器，保存在指令寄存器IR 中。

(2) 指令译码器ID对指令寄存器IR中的指令进行译码，分析指令的操作性质，并由控制

电路向存储器、运算器等有关部件发出指令所需要的微命令。

(3) 当需要由存储器向运算器提供数据时，控制器根据指令的地址部分，形成数据所在的存储单元地址，并送往存储器地址寄存器MAR，然后向存储器发出读命令“M读”，从存储器中读出的数据经由存储器数据寄存器MDR送往运算器。

(4) 当需要由运算器向存储器写入数据时，控制器根据指令的地址部分，形成数据所在的存储单元地址，并送往存储器地址寄存器MAR，再将欲写的数据存入存储器数据寄存器MDR，最后向存储器发出写命令“M写”，MDR中的数据即被写入由MAR指示地址的存储单元中。(5) 一条指令执行完毕后，控制器就要接着执行下一条指令。

为了把下一条指令从存储器中取出，通常控制器把PC的内容加上一个数值，形成下一条指令的地址。在遇到“转移”指令时，控制器则把“转移地址”送入PC。控制器不断重复上

述过程的(1)到(5)，每重复一次，就执行了一条指令，直到整个程序执行完毕。

6.下面，以前面给出的、由4条指令组成的程序段为例，结合图2.6中所示的计算机结构，简述指令及程序的执行过程。

LOAD R1, M1

ADD R1, M2

STORE M3, R1

JMP L

假设程序及数据已经装入了存储器，第一条指令的地址已经装入了PC寄存器。

(1)取指令“LOAD R1, M1”并执行

①取指令“LOAD R1, M1”并形成下一条指令的地址：

(i) 控制器发“PCOUT”和“MARIN”信号，使PC→MAR；

(ii) 控制器发“M读”信号，使存储器的内容（指令)→MDR，通过DBUS；(iii) 控制器发“PC加”信号，使PC+n→PC，其中n为该指令占用的地址数；

(iv) 控制器发“MDROUT”和“IRIN”信号，使MDR→IR。

②执行指令“LOAD R1，M1”：

(i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中指令的地址段(即M1)→MAR；

(ii) 控制器发“M读”信号，使存储器M1的内容(数据)→MDR，通过DBUS；

(iii) 控制器发“MDROUT”和“R1IN”信号，使MDR→R1。

(2) 取指令“ADD R1，M2”并执行

①取指令“ADD R1，M2”并形成下一条指令的地址：操作过程同(1)中的①。

②执行指令“ADD R1,M2”：

(i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中指令的地址段(即M2)→MAR；(ii) 控制器发“M读”信号，使存储器M2的内容(数据)→MDR，通过DBUS；(iii) 控制器发“MDROUT”和“YIN”信号，使MDR→Y(即ALU的A端)；

(iv) 控制器发“R1OUT”，使R1→内部总线(即ALU的B端)；

(v) 控制器发“add”信号，使A+B→Z；

(vi) 控制器发“ZOUT”和“R1IN”信号，使Z→R1。

(3) 取指令“STORE M3,R1”并执行

①取指令“STORE M3, R1”并形成下一条指令的地址：操作过程同(1)中的①。

②执行指令“STORE M3,R1”：

(i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中指令的地址段(即M3)→MAR；(ii) 控制器发“R1OUT”和“MDRIN”信号，使R1→MDR；

(iii) 控制器发“M写”信号，使MDR→存储器M3中，通过DBUS。

(4) 取指令JMP L并执行

①取指令JMP L并形成下一条指令的地址：

操作过程同(1)中的①。

②执行指令JMP L：

控制器发“IROUT”和“PCIN”信号，使IR中指令的地址(即L)→PC。