计算机组成学习笔记(4)--指令的执行

之前一直在将计算机的一些分类和简史，现在开始具体的关于计算机组成的内容，先聊一聊CPU吧。

关于CPU干什么是什么之类的废话就不多说了，直接进入CPU的组成。

CPU由相对独立的几个部分组成。控制器负责从主存储器中取指令和确定指令类型；算术逻辑部件（ALU）通过完成诸如加法、逻辑或与非等运算来执行指令。同时CPU内部也有一些小容量高速度的存储器，它们用于存放中间结果和一些控制信息，它们由寄存器组成，一般每个计算器的容量都相等，可以存放一个不超过其存储范围的数。

需要提到的一个寄存器是程序计数器（Program Counter），之所以提到它，不仅是因为它的重要性，而且是由于它经常被人误解，实际上它并没有任何计数的功能，它的作用是指向下一条要被执行的指令。另外，指令寄存器（Insturction Register）也十分重要。

下面来说说指令执行的过程：

ALU对输入数据进行简单的计算，然后把结果送入到输出寄存器，经输出寄存器存回到某个寄存器中，当然也可以从寄存器写入到内存中。一般的指令有两种类型：寄存器-内存指令和寄存器-寄存器指令，很好理解的。另外，ALU将两个操作数进行计算并将结果存回的过程称之为数据通路周期，是大多数CPU的核心，从某种意义上，它决定了计算机的性能。

然后具体说下指令执行的步骤：

1)从内存中取下一条指令到指令寄存器中--->2)将程序计数器指向后面的一条指令--->3)判断刚刚取到的指令的类型--->4)如果该指令用到了某个内存单元，则对该内存单元进行寻址--->5)必要的时候，从内存中取一个字到CPU的寄存器中--->6)执行指令--->7)返回第1步准备执行下一条指令

也许用代码来表示会更清晰一些：

public class Interp
{
private static int PC;//Program Counter 程序计数器
private static int AC;//Arithmetic Counter 累加器
private static int instr;//存放当前指令的寄存器
private static int instrType;//指令的类型
private static int dataLoc;//数据地址，若没有则为-1
private static int data;//存放当前数据数
private static bool runBit = true;//运行指示位，需停机时将其关闭

public static void Interpret(int[] memory, int startAddress)
{
PC = startAddress;
while (runBit)
{
instr = memory[PC];
PC++;
instrType = GetInstrType(instr);
dataLoc = FindData(instr, instrType);
if (dataLoc>=0)
{
data = memory[dataLoc];
}
Execute(instrType, data);
}
}
private static int GetInstrType(int instr) { ... } //得到指令的类型
private static int FindData(int instr, int instrType) { ... }//获得数据的地址，若没有则返回-1
private static void Execute(int instrType, int data) {... }//执行指令
}