计算机内部执行程序语言的流程——各硬件如何相互配合完成工作

int a=2,b=3,c=1,y=0;
void main()
{
	y=a*b+c;
}

接下来看一下计算机内部是怎么执行这个程序的吧！

首先，先了解一下计算机硬件的组成：

1、主存储器：

1. 存储体：存储计算机的数据，包含很多存储单元，数据在存储体中按地址存储
2. MAR【Memory Address Register(存储地址寄存器)】：将要读取或者写入数据的地址放到这里
3. MDR【Memory Data Register(存储数据寄存器)】：将读取或者写入的数据放到这里
   

2、运算器：

1. ACC：累加器，用于存放操作数或运算结果
2. MQ：乘商寄存器，在乘除运算时，用于存放操作数或运算结果
3. X：通用的操作数寄存器，用于存放操作数
4. ALU：算术逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算术运算、逻辑运算
   

3、控制器：

1. CU：控制单元，分析指令，并控制其他硬件的操作
2. IR：指令寄存器，存放当前执行的指令
3. PC：程序计数器，有自动加1的功能

接下来，程序开始运行啦

第一步是实现了“取a”的操作，具体来看：

1. PC指向0地址位，从而MAR=0
2. MAR=0, 从而读取0地址下存储的数据到MDR
3. MDR取出的数据转存到控制器里面的IR
4. IR的操作码即前6位送给控制器的CU，CU分析得知这是一个取数的指令
5. IR将地址码即后10位送给存储器的MAR
6. MAR根据地址码找到地址5，将这个地址下的数据即2取出放到MDR中
7. MDR将数据再放到运算器的ACC中，从而ACC=2

第二步实现了“乘以b”的操作，具体来看：

1. PC自动加1，PC=1，从而MAR=1
2. MAR=1，从而取出地址1的数据放到MDR中
3. MDR将数据给控制器的IR
4. IR的操作码即前6位送给控制器的CU，CU分析得知这是一个“乘法”的指令
5. IR将地址码即后10位送给存储器的MAR
6. MAR根据地址码找到地址6，将这个地址下的数据即3取出放到MDR中
7. 因为3是乘数，所以MDR将其放到控制器下的MQ中
8. ACC将里面的数即被乘数放到X中
9. MQ*X计算的结果放到ACC中，从而ACC=6,这里如果乘积太大的话，则需要MQ辅助存储
   

第三步实现了“加上c”的操作，具体来看：

1.PC自动加1，PC=2，从而MAR=2
2. MAR=2，从而取出地址2的数据放到MDR中
3. MDR将数据给控制器的IR
4. IR的操作码即前6位送给控制器的CU，CU分析得知这是一个“加法”的指令
5. IR将地址码即后10位送给存储器的MAR
6. MAR根据地址码找到地址7，将这个地址下的数据即1取出放到MDR中
7. 因为1是加数，所以MDR将其放到控制器下的X中
8. ACC+X->ACC=7，由ALU实现加法运算

第四步实现了“存数”的操作，具体来看：

1.PC自动加1，PC=3，从而MAR=3
2. MAR=3，从而取出地址3的数据放到MDR中
3. MDR将数据给控制器的IR
4. IR的操作码即前6位送给控制器的CU，CU分析得知这是一个“存数”的指令
5. IR将地址码即后10位送给存储器的MAR
6. MAR根据地址码找到地址8
7. ACC将其寄存的数转到MDR,从而MDR=7
8. MDR将数据写到地址8对应的存储单元，导致y=7

第五步实现了“停机”的操作，具体来看：

1.PC自动加1，PC=4，从而MAR=4
2. MAR=4，从而取出地址4的数据放到MDR中
3. MDR将数据给控制器的IR
4. IR的操作码即前6位送给控制器的CU，CU分析得知这是一个“停机”的指令
5. 利用中断机制通知操作系统终止该进程

总结

冯 诺依曼计算机的特点：
1、计算机由五大部件组成
2、指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访（指令：取数，存数，加法，乘法，停机等；数据：操作数的值以及计算结果的初始值）
3、指令由操作码和地址码组成
4、指令和数据用二进制表示
5、以运算器为中心（现在一般以存储器为中心）