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    程序是如何执行的(一)a=a+1

    Author:zhoulujun@live.cn Date:

    对于a=a+1这条程序语句需要分解为三步,1、把变量a读取到某一个寄存器R存储,2、CPU对寄存器R的值进行计算,3、计算完成后将值存回内存


    一、概述

    1、计算机中有两个主要的核心部件:CPU和内存,其中CPU负责运算而内存负责存储程序和相关的变量,每一条程序语句和变量都在内存中有对应的内存地址。

    2、寄存器是CPU的存储单元,每一个CPU都会有通用寄存器来给程序使用,编号R1~R32,代表有32个通用寄存器。

    3、CPU中的核心部件

    (1)程序计数器PC(Program Counter)

      程序计数器是一个特殊的寄存器部件,程序执行时,PC始终指向内存中的某条指令语句(即该条语句的内存地址),然后CPU就是读取(PC)所指向的那条指令执行。

      在顺序执行程序语句时,PC通过顺序加1(32位CPU一个指令占4字节,64位8字节)自动指向下一条要执行的程序语句。但是对于一些控制结构语句如if else for while这时PC的值就不是顺序加1指向下一条语句了。

    (2)指令寄存器IR(Instruction Register)

      指令寄存器也是一个特殊的寄存器,用来存放从内存中读取的指令。CPU从内存中读取指令到IR之后,由特定部件来解读这条指令,并执行相关的操作。

    (3)算术逻辑单元ALU(arithmetic logic unit)

      ALU是处理器中进行真实运算的部件,执行指令时,CPU把寄存器中的值输入到ALU中,ALU做完运算后把结果存回寄存器

    二、a=a+1

    1、

    对于a=a+1这条程序语句需要分解为三步,1、把变量a读取到某一个寄存器R存储,2、CPU对寄存器R的值进行计算,3、计算完成后将值存回内存


    分解“a=a+1”的执行步骤:

    第一步,CPU从地址300处读取第一条语句,CPU执行“读取a到R"语句,就会从地址1000出将a的值读到寄存器R中。

    第二步,CPU从地址301处读取第二条语句,执行"R+1"语句,CPU会对R执行加1的操作

    第三步,CPU从地址302出读取第三条语句,执行"将R存回a"语句,把寄存器R中变量a的值存回到内存中地址1000处。

    2、汇编指令的概念

    汇编指令由操作码和操作数组成,操作码是指令执行的基本动作,在load R1,(address)中,load是操作码,其后的寄存器R1和(address)都是操作数

      (1)"读取a到R"操作-load指令:

      load执行用来表示"CPU将内存中的a读取到寄存器R中"的操作。load指令需要有两个操作数。格式:load R1,(address),address是内存地址,(address)表示这个地址内存的值。例load R1,(1000)表示将地址1000处的变量值读取到寄存器R1中。

      (2)"R赋值"操作-mov指令:

      格式:mov R1,constant        mov用来将一个数赋给寄存器,mov指令有两个操作数前一个是寄存器,后一个是十六进制常数。例mov R1,0Ah表示将0Ah(十进制10)赋给寄存器R1。mov R2,R1表示将寄存器R1的值赋值给R2。

      (3)"R加1"操作-add指令

      格式:add R2,R1,constant    表示将R2=R1+constant。例add R2,R1,01h表示将寄存器R1中的值加1后将结果存到R2。例add R1,R1,R2表示将R1与R2的值相加将和存回R1。

      (4)减法指令-sub

      格式:sub R2,R1,constant  表示R2=R1-constant。例sub R3,R1,R2表示R3=R1-R2

      (5)左移位指令shiftl

      格式shiftl R2,R1,constant  表示R1寄存器的值左移constant位然后将值存入R2,左移一位就相当于乘以2,左移两位就相当与乘以4。例:

    shiftl R2,R1,05h表示R2 = R1 * 2的5次方

      (6)右移位指令shiftr

      (7)"将R存回a"操作-store指令

      格式:store (address),R1     程序语句中的存回表示将寄存器R中的值存回到内存中。address是内存地址,(address)是要存回的值,R1是寄存器。例:store (500),R1表示将寄存器R1中的值存入到内存地址500处

     

    3、a=a+1的完整执行过程

    首先用汇编指令表示一下这个过程(a = 10;a = a + 1):

    mov R1,0Ah
    store (1000),R1
    load R1,(1000)
    add R1,R1,01h
    store (1000),R1

    具体执行过程:

    (1)CPU从地址301处开始执行,PC的值为301,CPU从地址301处读取mov指令到IR,解读并执行mov指令,给寄存器R1中的变量赋初值10,然后PC加1,指向下一条汇编指令

    (2)PC值为302,CPU从地址302处读取store指令到IR,解读并执行store指令,将寄存器R1中的变量a的值存到内存地址1000处,然后PC加1指向下一条汇编指令

    (3)PC的值为304,CPU从地址304处读取add指令到IR,解读并执行add指令,将寄存器R1中变量a的值加1,并将结果再存回寄存器R1,然后PC加1,指向下一条汇编指令。



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