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計算機計算原理

計算機的工作過程本質上就是執行程序的過程,程序是由若幹條指令組成的。通過逐壹執行程序中的指令,計算機可以完成壹個程序的執行,從而完成壹項特定的工作。所以,了解計算機的工作原理,就是了解指令和指令執行的基本過程。

1.說明和程序

計算機之所以能在沒有人類直接幹預的情況下自動計算,是因為人類事先將壹步壹步的操作指令(即指令)輸入到內存中,在執行時,機器將這些指令壹條壹條地取出來進行分析和執行。

通常壹條指令對應壹個基本操作。計算機能執行什麽指令,有多少指令,是設計者在設計計算機時決定的。計算機可以直接執行的所有指令都是計算機的指令集。

用二進制代碼表示的指令稱為機器指令,通常包括兩部分:操作碼和操作數。操作碼表示計算機執行什麽運算,操作數表示參與運算的數本身或操作數所在的地址。因為計算機只知道二進制數,所以計算機指令系統中的所有指令都必須以二進制代碼的形式表示。

程序是解決問題的步驟。計算機的解題程序必須用計算機能識別的語言來描述,所以程序是指令的集合,指令描述的解題步驟稱為程序。

2.指令執行過程

按照馮·諾依曼的存儲程序思想,利用計算機解決問題,首先要把指令序列(即程序)和指示計算機如何操作的原始數據通過輸入設備輸送到計算機的內存中。計算機運行時,從存儲器中依次取出指令,控制器對指令進行分析判斷,根據指令要求發出不同的控制信號,在控制器的命令下完成指定的操作,直至所有操作完成。因此,計算機的工作原理可以概括為存儲程序和程序控制。

壹般來說,計算機完成壹條指令所需的時間稱為壹個指令周期。指令周期越短,指令執行越快。CPU的主頻或工作頻率通常反映指令執行周期的長短。

當計算機運行時,CPU從內存中讀取壹條指令,並在CPU中執行。指令執行後,下壹條指令從內存中讀取並在CPU中執行。CPU不斷取指令,分析指令,執行指令,這就是程序的執行過程。