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第2章 计算机系统1(4 / 16)

序控制,这需要山硬件部件和程序共同解决以下3个问题:① 告诉计算机在什么情况下到哪个地址去取指定的指令;2 对指令进行分析和执行:3当执行完成一条指令后,能自动地取下一条要执行的指令。需要说明的是,计算机之所以能直接理解并执行程序中的指令,是因为程序是由这台计算机指令系统中的指令构成的,这些指令是面向机器的机器语言程序。

要实现程序控制任务,其主体部件是控制器。计算机的控制器主要由5部分组成:指令寄存器、地址生成部件、程序计数器、操作控材器、时序电路等,如终2-2-3 所示。程序事先被存放在内存中,当计算机开始工作时,程序中的第一条指令的地址号被放置在程序计数器中,这是一个具有特殊功能的寄存器,且有“自动加1”功能,川来自动生成“下一条”指令的地址,所以程序中后续各条指令的地址都山它自动产生,从面实现了程序的自动控制。

一条指今对不上包活两种信息,那要作的和电让些,操作码(operain coe,OP)用米表示该指令所要完成的操作(如加、减、乘、除、数据传送等),其长度取决于指令系统中的指令条数。地址们用来措述该指令的操作对象,它或者直接给出操作数,或者指出操作教的在储,地址或经存器地址。让算吼的每一条指令都明确规定了计算机从这个也址取数。进行什么操作,然后送到什么地址去等步骤。完成一条指令的操作可以分为3个步骤,收指令、分析指令、执行指令。

① 取指令:程序计数器用于提供指令在内产中的地处,服务于读取指令,所以根据程序计数器的内容到内存申取出指今,并暂存指令寄存器(川来存放当前执行的指今代码的专用寄存器)等指译码器介析指令。当一条指今收出后,程序计数器自动加1,使之指向一条要执行的指令地址,为取下一条指令做好准备。

(2 分析指令:控制器中的操作码译码器对操作码进行译码,然后送往操作控制器进行分析,以明确指令所要完成的操作及操作数获取方法,产生执行指令的操作命令,再发往计算机各执行部作。

(3 执行指令:根据操作命令从内存中取出操作数,完成指令所要完成的操作。取指令→分析指令→执行指令→再取下一条指令,依次周面复始的执行指令的过程就是程序自动控制的过程,计算机所有工作就是由这样一个简单的过程实现的.

3. 运算器的计算实现

计算机程序的执行是由控制器控制,以运算器为核心完成所有计算的。当计算机运行时,运算器执行何种操作由控制器来决定,参与运算的数据来自于存储器,处理后的结果再话回到存储器。因此,让算机的基本组底和工作原理是以运算器为核心的计算实现系续结构。

运算器主要由累加器(ACC)、通川寄存器(K)和算术逻辑单元(ALU)组成,以算术超辑单元(ALU)为核心来构建运算逻辑。算术逻辑单元接收通用寄存器和累加器的输人,完成所有的计算。通川寄存器用于暂存参加运算的一个操作数,该操作数米自于内存,累加器是特殊的寄存器。既能接收来自内存作为参与运算的一个操作数,又能在储算术多组部件运算的中间结果或最后结果,以便准备下一次运靠。因其具有累计运算的功能,所以才称之为“累加器”。以运算器为核心的体系.

运身器人的元成用、敲、来,除四则还是及具他一些这们话就换性,对于是杂的首事程序员必须将其简化成一步一步的加、践、乘、除等基本的操作,而解决某一问题的一串基本提作的序列,就是该们题的计算机程序。

2.3 计算机软件系统

计算机硬作使计算机具备了计算的可能,但要使计算机能够按照人的意图进行运算,还而要软件的支持,即需要事先把计算方法和解题步骤连同原始数据编制成程序。然后翻译成机要能够理解的语者(二进制形式的机器语言),最终才能在计算机便作上执行。

2.3.1 计算机软件系统组成

在计算机系统中,硬件与软件相互依存,缺一不可。其中硬件是基础,是底层建筑,而软件则是便作功能的证伸,是细成证算机系统的工层建筑.

软作系统主要包含两方面的能力,分别由两类软作提供。

一种是系统软作,是指控制和协理计算机及外部设备,支持应用软件开发和运行的系统,是无须用户干预的各种程序集合。这类软件的主要功能是调度、监控和维护计算机系统:负责管理计作机系统中各种独立的硬件,使它们协调工作。系统软件能够让计算机的使用者和其他软件不需要顾及计算机底层每个硬件的工作过程,即对川户和应用软件面言,是透明使川。系统软件主要包括操作系统和一系列支撑软件,比如设备驱动程序软件,程序设计软件、系统管理与服务软件等。

另一种是应川软件,提供在操作系统基础之上的扩展能力,是为实现某种特定功能而被开发的软作。它可以是一个转的程序,比如一个多像测览器;也可以是一组功的联系警密,可以互相办作的程序集合,比如微软公司的 OTce软作;也可以

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