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計算機中的指令執行過程是什麼

生活 更新时间:2024-07-31 06:13:54

我們都編寫郭計算機程序,比如C語言,程序編寫完成之後,經過編譯連接以後,沒有錯誤的話,我們就可以直接點擊運行,程序便可以執行完畢。計算機執行一條指令的過程,可能我們覺得很簡單,但細想一下,裡面的過程可能并不是很簡單。

這裡嘗試從硬件的角度來簡單解釋一下一條指令的執行過程。

首先,計算機中的任何信息,都是以二進制表示的,所以,計算機中的指令也不例外。

這裡以彙編語言中的彙編指令為例進行說明。如圖1所示,每條彙編指令都對應這一個二進制數字,這個二進制數字就是指令機器碼。為了說明方便,我們假設彙編指令ADD a,1對應的機器碼是一個四位二進制數字,比如1101。ADD a,1這條指令的作用是把A寄存器的内容加1,如果我們假設A寄存器中的内容原來是0,那麼,這條指令的執行結果就是寄存器A中的内容變成了1。

計算機中的指令執行過程是什麼(計算機執行一條指令是什麼意思)1

圖1

接下來我們簡單看一下計算機指令的執行步驟,如圖2所示。首先,計算機指令都是放在内存中的,這就好像一個老闆交代他的秘書要做多少事情,然後12345列在一張紙條上,那張紙條就相當于内存。接下來,這個指令就要由内存傳送到CPU去執行,這個傳送過程是由計算機主闆上的電路和數據線等等設備實現的,這個過程就相當于秘書要執行老闆交代的那些事情,那他就必須按照那張紙條上 的規定一件件去完成。當他從紙條上看到第一件事,并把這件事記進自己腦袋瓜的時候,就相當于一條指令由内存傳送進了CPU,CPU就相當于人腦。

計算機中的指令執行過程是什麼(計算機執行一條指令是什麼意思)2

圖2

接下來就是指令的執行過程。秘書看到紙條上的第一條指令以後,他的大腦會對那條指令進行分析思考,然後驅動自己的手腳去完成老闆交代的第一件事情,對于秘書來說,這個過程是由他的神經系統完成的。同樣,這條指令傳送到CPU以後,如圖2所示的指令寄存器,接下來就必須由CPU的電路系統來執行完成。圖2表示,執行這條指令的電路系統是運算單元,為了方便,我們假設圖2中運算單元的電路大概和圖3類似。

前面已經假設,ADD a,1這條指令對應的機器碼是1101,這個時候我們隻要在圖3 的輸入端

ABCD分别輸入電壓(5v,5v,0v,5v),之後圖3的電路就會有一個運行結果Y0--Y9。前面我們已經假設,ADD a,1這條指令的運行結果是使得A寄存器的内容變成1,這個時候我們就可以認為Y0--Y9的電壓是Y0--Y8都是0v,而Y9是5V(對應數字1)。

計算機中的指令執行過程是什麼(計算機執行一條指令是什麼意思)3

圖3

再由圖4看出,ALU(運算單元)是和寄存器(累加器)A連接在一起的,所以隻要把Y0--Y9的電壓值保存進累加器A,那麼,ADD a,1這條指令就算執行完畢。

計算機中的指令執行過程是什麼(計算機執行一條指令是什麼意思)4

圖4

從以上過程可以看出,計算機執行一條指令,和一個人完成一件事情的過程大概相似,隻不過人是由神經系統驅動自己的手腳去完成,電腦是CPU驅動電路來完成。

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