系统架构师考试——程序计数器 PC， 指令寄存器IR、状态寄存器SR、通用寄存器GR

● 计算机执行程序时，在一个指令周期的过程中，为了能够从内存中读指令操作码，首先是将__(9)___的内容送到地址总线上。

（9）A.程序计数器PC    B.指令寄存器IR

C.状态寄存器SR    D.通用寄存器GR

【歪理邪说】

关键词，“计算机执行程序时”，“首先是将”。

参考答案：A

【知识点】

l 程序计数器是什么？

程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。

单片机及汇编语言中常称作PC（program counter）。

l  PC是什么单词的缩写

Program  Counter

l  为什么需要程序计数器

　　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。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。

l 程序计数器的处理流程

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。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。

l  程序计数器的异常处理流程

　　但是，当遇到转移指令如JMP指令时，后继指令的地址（即PC的内容）必须从指令寄存器中的地址字段取得。在这种情况下，下一条从内存取出的指令将由转移指令来规定，而不像通常一样按顺序来取得。因此程序计数器的结构应当是具有寄存信息和计数两种功能的结构。

另外参照

《计算机程序的执行过程》 http://blog.csdn.net/gaomatrix/article/details/7079061

《汇编语言基础之一 - CPU架构和寄存器种类简介》 http://www.cnblogs.com/awpatp/archive/2009/10/30/1593248.html

《计算机寄存器简介》 http://blog.csdn.net/chinajane163/article/details/7625351

百度百科《寄存器》 http://baike.baidu.com/link?url=FkNLU-ofC_NAzPj-xkrluKOnlRYztLtY6An6-_9uE1ODp3pIym5jms7U0_smy8fuhtiTnlL0mS1ICSlnqvTjQK

计算机程序的执行过程

分类： 计算机原理2011-12-16 23:57 10525人阅读 评论(1) 收藏 举报

语言工作存储basicjavac

一。 计算机程序的执行过程

程序就是指令的集合

为使计算机按预定要求工作，首先要编制程序。程序是一个特定的指令序列，它告诉计算机要做哪些事，按什么步骤去做。指令是一组二进制信息的代码，用来表示计算机所能完成的基本操作。
   1．程序
程序是为求解某个特定问题而设计的指令序列。程序中的每条指令规定机器完成一组基本操作。如果把计算机完成一次任务的过程比作乐队的一次演奏，那么控制器就好比是一位指挥，计算机的其它功能部件就好比是各种乐器与演员，而程序就好像是乐谱。计算机的工作过程就是执行程序的过程，或者说，控制器是根据程序的规定对计算机实施控制的。例如，对于算式

计算机的解题步骤可作如下安排：
   步骤1：取a ；
   步骤2：取b ；
   步骤3：判断 ；
   . 若 b≥0，执行步骤4
   .若b＜0，执行步骤6
   步骤4：执行a＋b；
   步骤5：转步骤7；
   步骤6：执行a－b；
   步骤7：结束。
   计算机的工作过程可归结为：取指令→分析指令→执行指令→再取下一条指令，直到程序结束的反复循环过程。通常把其中的一次循环称为计算机的一个指令周期。总之，我们可把程序对计算机的控制归结为每个指令周期中指令对计算机的控制。
   2．指令
   程序是由指令组成的。指令是机器所能识别的一组编制成特定格式的代码串，它要求机器在一个规定的时间段（指令周期）内，完成一组特定的操作。指令的基本格式可归结为操作码OP和操作数地址AD两部分，具体内容是：
   ⑴ 指出计算机应完成的一组操作内容，如传送（MOV）、加法（ADD）、减法（SUB）、输出、停机（HLT）、条件转移（JZ）等。这部分称为指令的操作码部分。
   ⑵ 两个操作数的地址和存放结果的地址及寻址方式。
   ⑶ 为保证程序执行的连续性，在执行当前指令时，还需指出下一条指令的地址。由于指令在存储器中一般是顺序存放的，所以只要设置一个指令指针（IP），每执行一条指令，IP自动加1，便自动指出下一条指令的地址，而不必在指令中专门指出下一条指令的地址   。只有在转移指令中才指出下一条指令的地址。此时，IP的内容将随转移指令所指示的内容改变。
   3．指令的执行
   指令规定的内容是通过控制器执行的，或者说控制器是按照一条指令的内容指挥操作的。
   ⑴ 控制器的功能
   ① 定序功能——保证按程序规定的顺序执行指令。
   ② 定时功能——计算机处理信息是通过信息在计算机的逻辑电路中的流通完成的。为保证计算机工作的准确性，控制器要为计算机   中的各部件提供统一节拍，使各条指令及组成每条指令的各基本操作（通常称为微操作）都严格地按规定的时间有条不紊地自动执行。
   ③ 操作控制功能——控制器应能按照指令规定的内容，在相应的节拍向有关部件发出操作控制信号。

    ⑵ 控制器的组成
   在控制器中，上述功能分别由指令部件、时序部件和操作控制部件来完成。它们的组成如图1-8所示。

① 指令部件：指令部件的主要功能是取指令和分析指令。它由指令指针IP（也叫指令计数器IC或程序计数器PC）、指令寄存器IR、指令译码器、地址计算部件组成。其中：
   ●指令指针IP的功能是指出当前指令的地址。它有加1功能，通常每取一条指令后自动加1，以指出下条指令的地址。遇到特殊情况（如转移）可通过地址计算部件形成下一条指令的地址。
   ●指令寄存器IR保存由存储器取来的指令，并分别把操作码OP和操作数地址AD送指令译码和地址计算部件。
   ●指令译码器也称操作码译码器。它按操作码的内容向操作控制部件提供相应的操作电信号。
   ●地址计算部件的作用是对指令中地址码进行（变址、间址等）运算，求出的操作数地址送存储器以取出数据；或者把转移指令中指出的下一条指令地址送IP。
   ② 时序部件：时序部件也叫节拍发生器，它能为各部件提供一个时间基准。时钟频率（如800MHz，1GHz，2 GHz，2.4 GHz，3 GHz…）越高，计算机的工作速度就越快。
   ③ 操作控制部件：该部件的功能是根据指令译码器的规定内容，在规定的节拍内向有关部件发出操作控制信号。

   ⑶ 指令的执行过程
   通常，计算机执行一条指令的步骤如下：
   ① 把指令指针IP中的指令地址送存储器，从该地址取出指令送指令寄存器IR；
   ② 地址计算部件，根据IR中的地址码形成操作数地址送存储器，从该地址取出数据，送到运算器中的寄存器（或寄存器组）；
   ③ 将IR中的操作码OP送指令译码器进行译码；
   ④ 在控制器发出的操作信号的控制下，计算机各有关部件执行操作码OP规定的操作；
   ⑤ 指令指针IP加1，形成下一条指令地址。如遇到转移指令，则按转移指令对状态标志寄存器测试的结果，决定是否将转移指令中指出的指令地址送指令指针IP。
   4．计算机的解题过程
   要使计算机按预定要求工作，首先要编制程序。程序是一个特定的指令序列，它告诉计算机要做哪些事，按什么步骤去做。指令是一组二进制信息的代码，用来表示计算机所能完成的基本操作。不同的计算机所包含指令的种类和数目是不同的，通常把一台计算机所能执行的各类指令的集合，称为该机的指令系统。因此，在机器一级的程序设计，就是按照解题要求在机器指令系统中选择并有序组合解题需要的指令序列的过程。
   使用计算机解题大致要经过程序设计→输入程序→执行程序等步骤。现以计算a＋b－c为例来说明这一过程。
设a、b、c为已知的三个数，分别存放在主存的5~7号单元中，结果将存放在主存的8号单元。若采用单累加器结构的运算器，要完成上述计算至少需要5条指令，这5条指令依次存放在主存的0~4号单元中，参加运算的数也必须存放在主存指定的单元中，主存中有关单元的内容如图1-9(a)所示。运算器的简单框图如图1-9(b)所示，图中参加运算的一个操作数来自累加器，另一个来自主存，运算结果则放在累加器中。
   计算机的控制器将控制指令的逐条、依次执行，最终得到正确的结果。具体步骤如下：
   ⑴ 执行取数指令，从主存5号单元取出数a，送入累加器中。
   ⑵ 执行加法指令，将累加器中的内容a与从主存6号单元取出的数b一起送到算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit，ALU）中相加，结果a＋b保留在累加器中。
   ⑶ 执行减法指令，将累加器中的内容a＋b与从主存7号单元取出的数c一起送到算术逻辑部件ALU中相减，结果a＋b－c保留在累加器中。
   ⑷ 执行存数指令，把累加器中的内容a＋b－c存至主存8号单元。
   ⑸ 执行停机指令，计算机停止工作。

二。编译型和解释型语言

将高级语言翻译成机器语言有两种方式：编译和解释。二者区别在于翻译的时间不同。

编译型语言：程序在执行之前需要一个专门的编译过程，把程序编译成为机器语言的文件，运行时不需要重新翻译，直接使用编译的结果就行了。因此效率比较高。比如C语言。
解释型语言：程序不需要编译，程序在运行时才翻译成机器语言，每执行一次都要翻译一次。因此效率比较低。比如Basic语言，专门有一个解释器能够直接执行Basic程序，每个语句都是执行的时候才翻译。

 

C语言是编译型的。

Java比较特殊，Java程序也需要编译，但是没有直接编译成机器语言，而是编译成字节码，然后用解释方式执行字节码。

C程序——>机器语言（编译）

Java程序——>字节码（编译）——>机器语言（解释）