计算机组成原理——小啃一下-编程知识

CPU和主存储器结构

CPU：

运算器
- ACC（累加器）
- ALU（算数逻辑单元）
- MQ（乘商寄存器）
- X（操作数寄存器）
控制器
- CU（控制单元）
- IR（指令寄存器）
- PC （程序计数器）

主存储器

M（主存储体）
MDR（存储器数据寄存器）
MAR（存储器地址寄存器）

计算机组成框图

指令的操作

指令操作

第一条指令

取指

1: $\textbf{PC}\overset{\textbf{指令地址}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ,命令存储器读；
2: $\textbf{0000010000001000}\overset{\textbf{}}{\longrightarrow}\textbf{MDR}$
3: $\textbf{MDR}\overset{\textbf{指令}}{\longrightarrow}\textbf{IR}$

分析、执行

1: $\textbf{OP(IR)}\overset{\textbf{操作码}}{\longrightarrow}\textbf{CU}$ ，得到操作码 $\textbf{000001}$ ,为取数指令；
2: $\textbf{CU}\overset{\textbf{Ad(IR)}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ，地址码 $\textbf{0000001000}$ ,送入 $\textbf{MAR}$ ，命令存储器读；
3: $\textbf{0000001000}\overset{{x}}{\longrightarrow}\textbf{MDR}\overset{{x}}{\longrightarrow}\textbf{ACC}$ ，存储器将地址码 $\textbf{0000001000}$ 对应数据 $x$ 送入 $\textbf{MDR}$ ， $\textbf{MDR}$ 再送入 $\textbf{ACC}$ ；
4： $\textbf{PC+1}$ ，生成下一条指令地址。

第二条指令

取指、分析、执行…

1: $\textbf{PC}\overset{\textbf{指令地址}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ,命令存储器读；
2: $\textbf{MDR}\overset{\textbf{指令}}{\longrightarrow}\textbf{IR}$
3: $\textbf{OP(IR)}\overset{\textbf{操作码}}{\longrightarrow}\textbf{CU}$ ，得到操作码 $\textbf{000100}$ ,为乘法指令；
4: $\textbf{CU}\overset{\textbf{Ad(IR)}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ，地址码 $\textbf{0000001001}$ ,送入 $\textbf{MAR}$ ，命令存储器读；
5: $\textbf{MDR}\overset{{a}}{\longrightarrow}\textbf{ACC}$ ，存储器将地址码 $\textbf{0000001001}$ 对应数据 $a$ 送入 $\textbf{MDR}$ ， $\textbf{MDR}$ 再送入 $\textbf{MQ}$ ；
6:将 $\textbf{[ACC]}$ 看作被乘数，方括号表示寄存器里的数据
$\textbf{[ACC]} \rightarrow\textbf{X}$
$\textbf{0} \rightarrow\textbf{ACC}$
$\textbf{[MQ]*[X]} \rightarrow\textbf{ACC//MQ}$
7： $\textbf{PC+1}$ ，生成下一条指令地址。

第三条指令

取指、分析、执行…

1: $\textbf{PC}\overset{\textbf{指令地址}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ,命令存储器读；
2: $\textbf{MDR}\overset{\textbf{指令}}{\longrightarrow}\textbf{IR}$
3: $\textbf{OP(IR)}\overset{\textbf{操作码}}{\longrightarrow}\textbf{CU}$ ，得到操作码 $\textbf{000011}$ ,为加法指令；
4: $\textbf{CU}\overset{\textbf{Ad(IR)}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ，地址码 $\textbf{0000001010}$ ,送入 $\textbf{MAR}$ ，命令存储器读；
5: $\textbf{MDR}\overset{{b}}{\longrightarrow}\textbf{ACC}$ ，存储器将地址码 $\textbf{0000001010}$ 对应数据 $b$ 送入 $\textbf{MDR}$ ， $\textbf{MDR}$ 再送入 $\textbf{X}$ ；
6:将 $\textbf{[ACC]}$ 看作被加数，方括号表示寄存器里的数据
$\textbf{[ACC]+[X]} \rightarrow\textbf{ACC}$
此时 $\textbf{ACC}$ 存储的数据为 $a x + b$
7： $\textbf{PC+1}$ ，生成下一条指令地址。

第四条指令

取指、分析、执行…

1: $\textbf{PC}\overset{\textbf{指令地址}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ,命令存储器读；
2: $\textbf{MDR}\overset{\textbf{指令}}{\longrightarrow}\textbf{IR}$
3: $\textbf{OP(IR)}\overset{\textbf{操作码}}{\longrightarrow}\textbf{CU}$ ，得到操作码 $\textbf{000100}$ ,为乘法指令；
4: $\textbf{CU}\overset{\textbf{Ad(IR)}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ，地址码 $\textbf{0000001000}$ ,送入 $\textbf{MAR}$ ，命令存储器读；
5: $\textbf{MDR}\overset{{x}}{\longrightarrow}\textbf{ACC}$ ，存储器将地址码 $\textbf{0000001000}$ 对应数据 $x$ 送入 $\textbf{MDR}$ ， $\textbf{MDR}$ 再送入 $\textbf{MQ}$ ；
6:将 $\textbf{[ACC]}$ 看作被乘数，方括号表示寄存器里的数据
$\textbf{[ACC]} \rightarrow\textbf{X}$
$\textbf{0} \rightarrow\textbf{ACC}$
$\textbf{[MQ]*[X]} \rightarrow\textbf{ACC//MQ}$
此时 $\textbf{ACC}$ 存储的数据为 $(ax+b)\times x$
7： $\textbf{PC+1}$ ，生成下一条指令地址。

第五条指令

取指、分析、执行…

1: $\textbf{PC}\overset{\textbf{指令地址}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ,命令存储器读；
2: $\textbf{MDR}\overset{\textbf{指令}}{\longrightarrow}\textbf{IR}$
3: $\textbf{OP(IR)}\overset{\textbf{操作码}}{\longrightarrow}\textbf{CU}$ ，得到操作码 $\textbf{000011}$ ,为加法指令；
4: $\textbf{CU}\overset{\textbf{Ad(IR)}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ，地址码 $\textbf{0000001011}$ ,送入 $\textbf{MAR}$ ，命令存储器读；
5: $\textbf{MDR}\overset{{c}}{\longrightarrow}\textbf{ACC}$ ，存储器将地址码 $\textbf{0000001011}$ 对应数据 $c$ 送入 $\textbf{MDR}$ ， $\textbf{MDR}$ 再送入 $\textbf{X}$ ；
6:将 $\textbf{[ACC]}$ 看作被加数，方括号表示寄存器里的数据
$\textbf{[ACC]+[X]} \rightarrow\textbf{ACC}$
此时 $\textbf{ACC}$ 存储的数据为 $ax^2+bx+c$
7： $\textbf{PC+1}$ ，生成下一条指令地址。

第六条指令

取指、分析、执行…

1: $\textbf{PC}\overset{\textbf{指令地址}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ,命令存储器读；
2: $\textbf{MDR}\overset{\textbf{指令}}{\longrightarrow}\textbf{IR}$
3: $\textbf{OP(IR)}\overset{\textbf{操作码}}{\longrightarrow}\textbf{CU}$ ，得到操作码 $\textbf{000010}$ ,为存数指令；
4: $\textbf{CU}\overset{\textbf{Ad(IR)}}{\longrightarrow}\textbf{MAR}$ ，地址码 $\textbf{0000001100}$ ,送入 $\textbf{MAR}$ ，命令存储器写；
5: $\textbf{ACC}\overset{{[ACC]}}{\longrightarrow}\textbf{MDR}$ ，存储器将对应数据 $\textbf{[ACC]}$ 送入 $\textbf{MDR}$ ，将 $\textbf{MDR}$ 中的数据写入存储器地址码 $\textbf{0000001100}$ 中；
6: $\textbf{PC+1}$ ，生成下一条指令地址。