计算机组成原理：程序执行过程

引言

学习《计算机组成原理》中”程序执行过程“时，对这部分的理解不够清晰，自己查阅了一些资料，现整理一下。

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书籍内容

原先不理解的是下图，它高度抽象了指令在CPU中的执行过程，经资料查阅，现重新整理一下对这张图的理解。

首先需要理解，Memory是储存器，存储需要运行的程序（虽然图中是LOAD X，但实际存放的是对应的机器码01串）和数据；Interpreter，Control signal generator，Adder和Register都是CPU中的部件；Clock时钟，用来保证整个系统稳定和谐地运行。下面单独分析上述指令。

LOAD X

1. 从存储器读取指令LOAD X，保存到Interpreter
2. Interpreter分析指令，识别其中的操作码（LOAD）和地址码（X，指向数据所在的内存单元地址）
3. 在Control signals控制下，X指向的数据被存放到Register中

Z = X + Y

1. 从存储器读取指令Z = X + Y，保存到Interpreter
2. Interpreter分析指令，识别其中的操作码（=，+）和地址码（Z，X，Y，都是地址）
3. 在控制信号下，X和Y寄存器中的值相加，结果放在Z寄存器

STORE Z

1. 从存储器读取指令STORE Z，保存到Interpreter
2. Interpreter分析指令，识别其中的操作码（SOTRE）和地址码（Z）
3. 在控制信号下，Z寄存器中的值被保存到对应存储单元中

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更加细节的程序执行过程讲解

主要参考的资料为计算机组成原理指令与程序在主机上执行过程，下面是自己对这篇博客内容的重新总结。

• PC（Program Counter）程序指针：存放当前欲执行指令的地址
• IR（Instruction Register）指令寄存器：存放当前欲执行的指令
• CU（Control Unit）控制单元：分析指令并发出各种命令控制指令的执行
• ALU（Arithmetic and logical unit）算数逻辑单元
• ACC（Accumulator）：累加器
• MQ（Multiplier Quotient）：乘商寄存器
• MAR（Memory Address Register）：存储器地址寄存器
• MDR（Memory Address Register）：存储器数据寄存器
• R/X ：操作数寄存器

拿指令LOAD X为例，整个过程可以概括为：

1. 取指令 PC — MAR — M — MDR — IR
2. 分析指令 IR — CU
3. 执行指令 CU — MAR — M — MDR — ACC

取指令

1. PC将指向的指令地址发送给MAR
2. MAR将指令的地址发送给M
3. 在控制器的控制下，M将对应存储单元的指令存入MDR
4. 将MDR中的指令存入IR

分析指令

IR中的操作码OP(IR)存入CU，CU分析指令，并控制部件执行指令

执行指令

1. 在控制器控制下，IR中的地址码Ad(IR)发送到MAR
2. MAR将地址发给M
3. M将对应地址的数据发给MDR
4. MDR的数据发送到ACC寄存器中