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程序是如何执行的(一)a=a+1

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一、概述

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)

  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,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:

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:

  (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

 

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:

 

本文参考书籍:《计算机科学导论:以Python为舟》

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