按照冯·诺依曼型计算机体系结构,数据和程序存放在存储器中,控制器根据程序中的指令序列进行工作,简单地说,计算机的工作过程就是运行程序指令的过程。
1.计算机指令 指令是能被计算机识别并执行的二进制代码,它规定了计算机能完成的某一种操作。例如,加、减、乘、除、存数、取数等都是一个基本操作,分别用一条指令来完成。一台计算机所能执行的全部指令的集合称为该计算机的指令系统。
计算机硬件只能识别并执行机器指令,用高级语言编写的源程序必须由程序语言翻译系统把它们翻译为机器指令后,计算机才能执行。
计算机指令系统中的命令都有规定的编码格式。一般一条指令分为操作码和地址码两部分。其中,操作码规定了该指令进行的操作种类,如加、减、乘、除、存数、取数等;地址码给出了操作数地址、结果存放地址以及下一条指令的地址。指令的一般格式如图2-3所示。
图2-3 指令的一般格式
2.计算机的工作原理 计算机在工作过程中主要有两种信息流:数据信息和指令控制信息。数据信息指的是原始数据、中间数据和结果数据等,这些信息从存储器进入运算器进行运算,所得的运算结果再存入存储器或传递到输出设备等。指令控制信息是由控制器对指令进行分析、解释后向各部件发出的控制命令,指挥各部件协调地工作。
指令的执行过程可分为以下步骤。
(1)取指令。即按照指令计数器中的地址从内存储器中取出指令,并送往指令寄存器中。
(2)分析指令。即对指令寄存器中存放的指令进行分析,由操作码确定执行什么操作,由地址码确定操作数的地址。
(3)执行指令。即根据分析的结果,由控制器发出完成该操作所需要的一系列控制信息,完成该指令所要求的操作。
(4)执行指令的同时,指令计数器加1,为执行下一条指令做好准备。