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  • 一条指令的执行过程包括
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    2018-10-28 23:25:31

      CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线构成,我们知道运算器是用来完成运算的,而指令的执行就是在控制器中完成的。
      而控制器一般又包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑。更准确的说指令的执行是由指令控制逻辑完成的,下面先看一下指令控制逻辑的组成。

    指令控制逻辑的组成

      1. 指令寄存器(IR):用来暂存指令,当CPU执行指令时,先把它从内存取到缓冲寄存器中,再送入IR。然后指令译码器从IR中将指令取出来,进而分析指令。
      2. 程序计数器(PC):记住它保存的总是将要执行的下一条指令的地址即可。
      程序的执行分两种情况:顺序执行和转移执行,如果程序是按顺序执行的,那么程序计数器只需要简单的加1就可以了;但是如果遇到转移指令,下一条指令的地址会根据当前指令的地址加上一个向前或向后的转移位移量得到或者根据转移指令给出的直接转移的地址得到。
      3. 地址寄存器(AR):保存当前CPU所访问的内存单元地址。由于内存和CPU在操作速度上的差异,所以需要用AR保存地址信息,知道内存的读写操作完成为止。
      4. 指令译码器(ID):用来分析指令。指令包括操作码和地址码两部分,指令译码器就是对操作码字段进行分析解释,识别该指令规定的操作,向操作控制器发出控制信号,完成所需功能。

    指令的执行过程

      指令的执行需要完成取指令、分析指令和执行指令的操作,过程分为:取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址等。
      (1)在程序执行之前,会将程序的起始地址送入程序计数器中,该地址在程序加载到内存时确定,所以程序计数器中首先存的是程序第一条指令的地址。将该地址送往地址总线,完成取指操作。
      (2)取来的指令暂存到指令寄存器中。
      (3)指令译码器从指令寄存器中得到指令,分析指令的操作码和地址码。然后 CPU 根据分析的操作码知道该条指令要进行的操作,根据地址码找到需要的数据,完成指令的执行。
      (4)程序计数器加1或根据转移指令得到下一条指令的地址,接下来再进行下一条指令的执行,直到整个程序执行完成。

    后语

      以上只是本人的一点儿粗鄙理解,如果各位发现有什么不对的地方,请原谅我这个小白并请您及时指出,定不胜感激。

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    实验4??一条指令的执行过程??实验报告

    学号????????????姓名??????????? ???????班级:??? ?????????实验时间:? ????年??月??日?

    ?

    实验报告表4-1???一条指令执行过程记录表

    步骤1???用户指定两个加数

    加数1,加数2

    ?

    PC中存储的指令地址

    ?

    RAM中对应指令地址中的指令编码

    ?

    RAM中加数一的编码与内存地址

    ?

    RAM中加数一的编码与内存地址

    ?

    步骤2? ??取指令

    CPU使用哪根总线将PC中的内存地址送至RAM?

    ?

    RAM将CPU传来的指令地址存储在哪里?

    ?

    MAR中存放的是什么?具体的二进制编码是什么?

    ?

    MAR中二进制编码对应的内存地址是什么?该内存地址中存放了什么数据?该数据放在哪个寄存器中?

    ?

    PC被访问后其中的内容发生了什么变化?为什么?

    ?

    RAM将MDR中的数据通过哪条总线传送给力CPU?

    ?

    CPU将RAM传来的指令存放在哪里?

    ?

    IR中存放的指令二进制编码是什么?

    ?

    步骤3? ??指令译码

    IR中的操作码和两个操作数的内存地址分别是什么?(请分别用用六位二进制数和四位十六进制表示)

    ?

    译码在哪里进行?并通过哪组总线把该操作传递给RAM?

    ?

    步骤4???取数据

    CPU通过哪组总线传送地址?RAM将这个地址存放在哪里?

    ?

    RAM把第一个操作数存放在哪个寄存器上,通过哪组总线传送给CPU?

    ?

    CPU把取到的第一个操作数存放在哪里?

    ?

    步骤5??加法计算

    CPU把两个加数放入哪里进行加法运算?

    ?

    当两个加数相加结束后,CPU把相加结果存放在哪里?

    ?

    ?

    ?

    实验小结:

    在本次实验中,你有哪些收获?遇到哪些问题?这些问题是否已经解决?如果已经解决了,请说说你是如何解决的。也可谈谈你的其它想法。

    ?

    第4周作业题:(请认真查阅教材及相关资料,回答以下问题,并把答案附在问题之后)

    1.???? ??查阅资料(可参阅实验教材p46--48)并解释以下名词或部件的作用。

    1)?PC的功能是什么?它的第一数据是从哪里得到的

    2)?ALU是什么部件?它的功能是什么?

    3)?MAR是什么寄存器?

    4)?MDR是什么寄存器?它和内存有什么区别?

    5)?IR是什么寄存器,它的作用是什么

    答:1)用来存放下一条指令的地址的,当执行一条指令时,首先需要根据PC中存放的指令地址,将指令由内存取到指令寄存器中,此过程称为取指令。与此同时PC中的地址或者自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址。此后经过分析指令?,执行指令。完成第一条指令的执行,而后根据PC中取出第二条指令的地址,如此循环执行一条指令。

    ?2)计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件?运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算?与、或、非、异或等逻辑操作?以及移位、比较和传送等操作?亦称算术逻辑部件(ALU)。

    3)电子存储器地址寄存器,用来存储指令或数据的内存地址

    4)计算机组成原理中:内存数据寄存器,用来存储指令或数据。

    5)指令寄存器(IR?)用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时,先把它从内存取到数据寄存器(DR)中,然后再传送至IR。指令划分为操作码和地址码字段,由二进制数字组成。为了执行任何给定的指令,必须对操作码进行测试,以便识别所要求的操作。?指令译码器就是做这项工作的。指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。操作码一经译码后,即可向操作控制器发出具体操作的特定信

    2.???? ??请查阅资料(可参阅理论教材P1-8页),并回答以下问题(最好附实例图说明):

    1.)医院信息系统(HIS)的作用和常见的主要功能有哪些?

    2.)放射学信息系统(RIS)和医学图像存储和通信系统(PACS)的作用和常见的主要功能有哪些?RIS和PACS的关系是怎样的?它们(RIS和PACS)二者和HIS的关系又是怎样的?

    3.)实验室检验信息系统(LIS)的作用和常见的主要功能有哪些?它和HIS的关系又是怎样的?

    4.)?电子病历(EMR)的作用和常见的主要功能有哪些?它和HIS的关系又是怎样的?

    5.)我国医院信息化目前存在有哪些主要的问题?请简述之。

    答:???1)医院管理和医疗活动中进行信息管理和联机操作的计算机应用系统,英文缩写HIS。HIS是覆盖医院所有业务和业务全过程的信息管理系统。按照学术界公认的MorrisF.Collen所给的定义,应该是:利用电子计算机和通讯设备,为医院所属各部门提供病人诊疗信息?( Patient Care Information)?和行政管理信息(Administration Information)的收集(Collect)、储存(Store)、处理(Process)?提取(Retrieve)和数据交换(Communicate)?

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  • 一条指令执行的步骤

    万次阅读 2020-02-23 18:45:57
    指令分为两个部分:“操作码”“地址码”,现在假设你写好一个程序,在程序开始执行前,必须将它的起始地址,即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC,因此程序计数器(PC)的内容即是从内存提取的第一条指令的...

    这里是关于C++程序设计的实验课程第三个实验:一条指令执行的步骤分析图解

    为了强化大家的理论知识巩固,在讲解词语时候也会有问题提出来巩固。

    在这里插入图片描述

    指令分为两个部分:“操作码”“地址码”,现在假设你写好一个程序,在程序开始执行前,必须将它的起始地址,即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC,因此程序计数器(PC)的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。
    程序计数器(PC):为了保证程序(在操作系统中理解为进程)能够连续地执行下去,CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。而程序计数器正是起到这种作用,所以通常又称为指令计数器。
    在程序开始执行前,必须将它的起始地址,即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC,因此程序计数器(PC)的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。在这里插入图片描述

    总结:先是PC存储第一条指令,即从内存提取的第一条指令。

    • 在程序中存放指令地址的寄存器叫( )

    A通用寄存器
    B 程序计数器
    C变址寄存器
    D指令寄存器
    答案为:D
    解析:程序计数器存放的是下一条指令所在单元的地址,指令寄存器存放正在执行的指令。(除了执行第一次指令以外,都是存放下一条指令所在单元的地址)

    程序一开始会根据PC存储的指令的内存地址(简称:指令地址),根据地址取出后放在指令寄存器中,图中指令寄存器是0001 110100 110110=加法指令的代码,因为实验在浏览器表现不太好,把两部分数字倒过来了,实际上应该是在这里插入图片描述在这里插入图片描述这样子的
    然后上下图比较后我们可以看到PC多加了一个1,这是为什么?
    答案是因为当执行指令时,CPU将自动修改PC的内容,即每执行一条指令PC增加一个量,这个量等于指令所含的字节数,以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的,所以修改的过程通常只是简单的对PC加1。 当程序转移时,转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值,此PC值就是转去的地址,以此实现转移。有些机器中也称PC为指令指针IP(Instruction Pointer)
    但在这里我要强调一句,这里PC加1不是单纯加1,它是根据先前的指针地址继续加上指令的字节数,因为这里的地址是按字节排序,即0x000A+1=0x000B…从而继续执行下一条指令。如果说一个指令占据两个字节,你可以这样想:执行完一条指令后,下一条指令的地址是多少???是刚刚被执行完的指令地址加上2,也正是因为这个可以继续执行指令。

    AR=0X000A=10=1010 因为0X是十六进制的标记,后面数字全当做十六进制处理,然后转化成二进制

    在这里插入图片描述这里是要把操作码放在CU以此来判断要干啥?(加减乘除之类的)判断后它就能知道后面的执行操作决定用什么工具。

    • 控制器(CU)的功能是______。

    A) 指挥计算机各部件自动、协调一致地工作
    B) 对数据进行算术运算或逻辑运算
    C) 控制对指令的读取和译码
    D) 控制数据的输入和输出
    答案:A
    解析:控制器的主要功能是指挥全机各个部件自动、协调的工作。
    在这里插入图片描述这一段是因为IR里面的值0001 110100 110110的其中110100是0X0034的值,也是我们输入的值的地址(这里我要说的是0X0034这个地址对应的是我输入的值的内存单元),同理,110110也是0X0036的值,对应着我输入的第二个值,然后存在数据缓冲寄存器(DR)中
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    经过累加器ALU的加法计算,得出结果并存储在第一个值存储的位置——数据缓冲寄存器(DR)

    • 在CPU中 数据寄存器DR是指?

    A.可存放指令的寄存器
    B.可存放程序状态字的寄存器
    C.本身具有技术逻辑于移位逻辑的寄存器
    D.可编程指定多种功能的寄存器
    答案:C
    解析:A是指令寄存器IR B是程序状态寄存器PSW D是通用寄存器
    在这里插入图片描述以上,就是我对一条指令执行的步骤总过程实验的书面描写心得。

    如果这段描述有帮到你,请记得点赞并关注哟!
    在这里插入图片描述

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  • 冯诺依曼体系计算机体系结构和指令执行过程冯诺依曼体系计算机体系结构和指令执行过程冯诺依曼计算机体系结构的特点:1.计算机由五大部件组成:存储器+运算器+控制器+输入设备+输出设备2.指令和数据以同等地位存于...

    冯诺依曼体系计算机体系结构和指令执行过程

    冯诺依曼体系计算机体系结构和指令执行过程

    96676cacec33b12c45e6cdd940f20bd9.png

    冯诺依曼计算机体系结构的特点:

    1.计算机由五大部件组成:存储器+运算器+控制器+输入设备+输出设备

    2.指令和数据以同等地位存于存储器可按地址寻访

    3.指令和数据用二进制表示

    4.指令由操作码和地址码组成,操作码表示操作的性质,地址码表示操作数在存储器中的位置。

    5.指令在存储器中按顺序存放。通常,指令是顺序执行的。在特殊情况下,可根据运算结果或指定的条件来改变运算顺序。

    6.以CPU为核心,以存储器为中心。

    存储体

    07a47fa314495e97717e486f2befc805.png

    存储体 -包含- 存储单元 -包含- 存储元件 (0/1)

    可以想象成:大楼 -包含- 房间 -包含- 床位 (无人/有人)

    存储单元: 存放一串二进制代码

    存储字:存储单元中二进制代码的组合

    存储字长:存储单元中二进制代码的位数

    每个存储单元赋予一个地址号按地址寻访

    MAR:存储器地址寄存器,反应了存储单元的个数。

    MDR:存储器数据寄存器,反映存储字长。

    设MAR=4位,MDR=8位,则存储单元个数16,存储字长8

    58960f3dd60b5db4502cd0f29e6c3b44.png

    2. 运算器

    a40e5e1b2fcdad6882bdbb3694fea90f.png

    ACC:累加器

    ALU:算术逻辑单元

    MQ:乘商寄存器

    ACC

    MQ

    X

    加法

    存放被加数与和

    null

    存放加数

    减法

    存放被减数与差

    null

    存放减数

    乘法

    存放乘积高位

    存放乘数与乘积地位

    存放被乘数

    除法

    存放被除数与余数

    存放商

    存放除数控制器

    ed969a0516c639521d780e1bda333127.png

    PC:程序计数器(program computer)

    IR:指令寄存器(instruction register)

    CU:控制单元(control unit)

    PC通过取地址将指令送入IR中,CU再执行IR中的命令。

    控制器完成一条指令分三步:取指令,分析指令,执行指令。

    取指令:通过地址取,PC存放当前要执行指令的地址且PC具有计数功能(PC)+1 → PC。

    分析指令:IR存放当前要执行的指令

    执行指令:CU为核心

    4.5.

    输入输出设备略

    a0db606566f0488d767d0438aaa5f8eb.png

    1 2 3 4 完成了取指令

    5 完成了分析指令,将指令放入CU,使计算机知道要进行什么操作

    6 7 8 9完成了执行指令,取数

    存储指令只需将8 和 9的箭头反向即可完成存储。

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