第5章 计算机执行程序的过程
大学计算机基础第5章
时期 阶段
任务
文档
需求分析 系统的目标及应完成的工作 需求规格说明书
开发
总体设计 软件设计
详细设计 软件编码 编写程序代码
总体设计说明书 详细设计说明书 程序、数据注释
黑盒测试、白盒测试、单元 测试后的软件、
软件测试 测试、集成测试、确认测试、大纲、方案与结
系统测试
果
运行 软件维护 运行和维护
维护后的软件
1）软件生命周期模型：是描述软件开发过程 中各种活动如何执行的模型。 2）常见的软件生命周期模型有：瀑布模型、 增量模型、螺旋模型、喷泉模型、变换模型及 基于知识的模型等。
上图是软件生存周期的瀑布模型。
5、软件工具与软件开发环境
软件工具：就是帮助开发软件的软件。 软件开发环境(或称软件工程环境)：是全面支 持软件开发全过程的软件工具的集合，这些软 件工具按照一定的方法和模式组合起来，共同 支持软件生命周期内的各个阶段和各项任务的 完成。
结构化方法的软件开发过程
软件计划后 结构化分析
结构化设计
编码并测试 结构化程序设计
面向对象方法的软件开发过程
软件计划后 面向对象分析
面向对象设计
软件测试 面向对象编程
1、结构化分析方法
1）结构化分析(简称SA)方法是面向数据流 进行需求分析的方法。该方法使用简单易读 的符号，运用抽象的概念模型，根据软件内 部数据传递、变换的关系，自顶向下逐层分 解，描绘出满足功能要求的软件模型
DFD图的数据流可分为两种类型：变换流和事务流 变换流：信息沿着输入通路进入系统，同时将信息的外
部形式转换成内部形式，通过变换中心处理之 后，再沿着输出通路转换成外部形式输出 事务流：信息沿着输入通路到达一个事务中心，事务中 心根据输入信息的类型在若干个动作序列中选 择一个来执行，这种信息流称为事务流
微机原理第5章80868088CPU总线操作与时序
读周期
CPU从内存或I/O设备读取数据的过程，包括地 址发送、数据读取和数据返回三个阶段。
写周期
CPU向内存或I/O设备写入数据的过程，包括地址发送、数据写入和数据返回三 个阶段。
03
数据传输过程
读周期
总结词
在读周期中，CPU从内存中读取数据。
详细描述
读周期是CPU从内存中读取数据的过程。在读周期开始时，CPU通过地址总线发送要读取的内存地址，然后通过 数据总线从内存中读取数据。这个过程需要多个时钟周期，具体取决于数据的存储位置和CPU的速度。
然而，随着总线技术的不断发展，也 面临着一些技术挑战。例如，如何提 高总线的传输效率、降低能耗以及优 化系统性能等。为了解决这些问题， 需要不断进行技术创新和改进。
展望
未来，CPU总线技术将继续发挥其在 微机原理中的重要作用。随着技术的 不断进步和应用需求的增加，总线技 术将更加成熟和多样化。同时，随着 人工智能、大数据等新兴技术的发展 ，总线技术也将与这些领域进行更深 入的融合，为解决实际问题提供更多 可能性。
8086/8088 CPU的总线结构
地址总线
用于传输地址信息，确定要访问的内存单元或I/O 端口。
数据总线
用于传输数据信息，实现数据在CPU和内存或I/O 设备之间的传输。
控制总线
用于传输控制信号，控制CPU和内存或I/O设备之 间的操作。
总线操作时序
时钟信号
用于同步总线上的操作，确保数据传输的正确 性。
中断源
指引发中断的事件或异常情况，如输入/输出设备、定时器、故障等。
中断向量
指中断处理程序的入口地址。
中断响应过程
保存程序计数器
当发生中断时，CPU会自动将当前的程序计数器（PC）值保存到堆栈 中，以便在中断处理完毕后能够正确返回到原程序。
计算机程序的执行过程
计算机程序的执行过程1.程序的编译和链接编译的过程一般包括词法分析、语法分析、语义分析、代码生成和优化等步骤。
词法分析将程序的字符序列分解为一个个的词法单元，语法分析根据语法规则检查程序的语法是否正确，语义分析对程序的语义进行分析，代码生成将程序翻译成机器语言的目标代码，优化则对目标代码进行优化，提高程序的执行效率。
链接的过程是将程序中引用的外部函数和库函数与目标代码进行连接，生成最终的可执行代码。
链接的过程主要分为静态链接和动态链接两种。
静态链接是将外部函数和库函数的代码直接拷贝到目标代码中，形成一个独立的可执行文件。
而动态链接是将外部函数和库函数的代码保留在独立的动态链接库文件中，程序执行时动态地加载和链接这些库文件。
2.程序的加载和执行程序的加载是将可执行代码从存储介质（如硬盘）读取到内存中的过程。
在加载的过程中，操作系统将程序的代码和数据加载到指定的内存地址，并为程序分配和管理所需的内存空间。
加载完成后，操作系统会将程序的执行权交给计算机的处理器。
处理器根据程序计数器中的指令地址，从内存中取出指令进行解码和执行。
处理器按照指令的顺序逐个执行，对数据进行读取、运算和存储等操作，直到程序执行完毕或遇到跳转指令等控制流程的改变。
3.程序的退出当程序执行完最后一条指令或遇到退出指令时，程序将正常退出。
在退出的过程中，程序执行的结果可能会被写入到存储介质中，以便下次运行时读取。
同时，处理器和操作系统会释放程序占用的内存空间和其他资源，并将控制权返回给操作系统。
此外，程序的执行过程中还可能会遇到中断或异常情况。
例如，硬件故障、非法指令或非法操作等都可能导致程序的执行被中断。
当发生异常时，操作系统通常会捕捉并处理异常，例如显示错误信息、重新执行或终止程序等。
总结起来，计算机程序的执行过程包括编译和链接、加载和执行以及退出等阶段，其中编译和链接将高级语言程序转换为机器语言目标代码，加载将目标代码从存储介质加载到内存中，执行则是处理器按照指令的顺序进行运算和操作，退出则是程序正常结束并释放资源。
计算机的工作原理
计算机的工作原理计算机是现代社会的重要工具，它的工作原理涉及到多个方面，包括硬件和软件。
下面将详细介绍计算机的工作原理。
一、计算机的硬件组成1. 中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令、进行数据处理和控制计算机的运行。
它由控制单元和算术逻辑单元组成。
2. 存储器：计算机的存储器用于存储程序和数据。
主要包括内存（RAM）和外存（硬盘、固态硬盘等）。
内存用于暂时存储正在执行的程序和数据，而外存用于长期存储。
3. 输入设备：计算机的输入设备用于将外部信息输入到计算机中。
常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
4. 输出设备：计算机的输出设备用于将计算机处理后的结果显示给用户。
常见的输出设备有显示器、打印机、音频设备等。
5. 总线：计算机的各个部件之间通过总线进行数据传输和通信。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
二、计算机的工作过程1. 启动过程：当计算机开机时，首先进行自检（POST）以检测硬件是否正常。
然后加载操作系统（如Windows、Linux等）到内存中。
2. 程序执行过程：计算机执行程序的基本步骤是取指令、译码、执行和访存。
CPU从内存中取出指令，然后译码并执行，执行过程中可能需要访问内存或者外设。
3. 输入输出过程：用户通过输入设备将数据输入到计算机中，计算机经过处理后，将结果通过输出设备显示给用户。
4. 存储器管理：计算机的存储器管理包括内存的分配和回收。
操作系统负责管理内存，将程序和数据加载到内存中，并在不使用时释放内存。
5. 文件管理：计算机的文件管理包括文件的创建、读取、写入和删除等操作。
操作系统通过文件系统管理文件，为用户提供方便的文件操作接口。
三、1. 二进制系统：计算机采用二进制系统进行数据的存储和处理。
二进制系统由0和1两个数字组成，计算机通过电子开关来表示0和1。
2. 运算方式：计算机进行运算时采用逻辑运算和算术运算。
逻辑运算包括与、或者、非等操作，而算术运算包括加、减、乘、除等操作。
大学计算机基础第五章
大学计算机基础第五章第五章软件技术基础1.程序设计语言（1）机器语言和汇编语言由计算机硬件系统可以识别的指令组成的语言称为机器语言。
汇编语言是将机器指令映射为一些可以被人读懂的助记符。
由于计算机只能识别机器语言，所以汇编语言通常需要通过汇编程序翻译为机器语言。
汇编语言的翻译软件称为汇编程序，它可以将程序员写的助记符直接转换为机器指令，然后由计算机去识别和执行。
用机器语言编写的程序是计算机可以直接执行的程序。
用机器语言编写的程序，代码长度短，执行效率高。
但是，这种语言的缺点也很明显。
最主要的是编写机器语言程序必须要熟知CPU 的指令代码，编写程序既不方便，又容易出错，调试查错也非常困难。
而且编写的程序只能在特定的机器上运行，没有通用性。
（2）高级语言高级语言源程序翻译为指令代码有两种做法：编译或者解释。
编译通过编译程序来完成。
解释则是通过解释程序完成。
解释的结果产生可以直接执行的指令。
编译的结果是得到目标程序。
目标程序也是要经过连接才会得到可执行程序目前应用比较广泛的几种高级语言由FORTRAN/BASIC/PASCAL/C等。
（3）面向对象的语言（4）未来的语言2、语言处理程序语言处理程序是把源程序翻译成机器语言的程序，可分为三种：汇编程序、编译程序和解释程序。
（1）汇编程序把汇编语言源程序翻译成机器语言程序的程序称为汇编程序，翻译的过程称为汇编。
汇编程序在翻译源程序时，总是对源程序从头到尾一个符号一个符号地进行阅读分析，一般用两遍扫描完成对源程序的加工转换工作。
汇编语言在翻译的同时，还对各种形式的错误进行检查和分析，并反馈给用户，以便修改。
反汇编程序也是一种语言处理程序，它的功能与汇编程序相反，它能把机器语言程序转换成汇编语言程序。
（2）编译程序编译程序是把高级语言源程序（如Fortran、Pascal、C 等）翻译成目标程序（机器语言程序）的一种程序，翻译的过程称为编译。
（3）解释程序解释程序也是一种对高级语言源程序进行翻译处理及的程序。
加深对单片机的理解,单片机的指令执行过程详解
为了加深初学者对51单片机指令的理解，现在把指令执行的过程在此详细说明，希望对你有启发!单片机执行程序的过程，实际上就是执行我们所编制程序的过程。
即逐条指令的过程。
计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。
即取指令-----分析指令-----执行指令。
取指令的任务是：根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令，送到指令寄存器。
分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质。
如指令要求操作数，则寻找操作数地址。
计算机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令可循环等待指令。
一般计算机进行工作时，首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器，然后逐条取出执行。
但单片机中的程序一般事先我们都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中,因而一开机即可执行指令。
下面我们将举个实例来说明指令的执行过程。
转自21ic基础知识开机时，程序计算器PC变为0000H。
然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。
执行过程实际上就是取出指令(取出存储器中事先存放的指令阶段)和执行指令(分析和执行指令)的循环过程。
例如执行指令：MOV A,#0E0H，其机器码为“74H E0H”，该指令的功能是把操作数E0H送入累加器，0000H单元中已存放74H，0001H单元中已存放E0H。
当单片机开始运行时，首先是进入取指阶段，其次序是：1 程序计数器的内容(这时是0000H)送到地址寄存器;2 程序计数器的内容自动加1(变为0001H);3 地址寄存器的内容(0000H)通过内部地址总线送到存储器，以存储器中地址译码电跟，使地址为0000H的单元被选中;4 CPU使读控制线有效;5 在读命令控制下被选中存储器单元的内容(此时应为74H)送到内部数据总线上，因为是取指阶段，所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。
至此，取指阶段完成，进入译码分析和执行指令阶段。
计算机组成原理第5章 中央处理器
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第二节 一、指令执行分析 任何一条指令的执行都要经过读取指令、分析 指令和执行指令三个阶段。指令执行过程一般可分 为：1）取指令 2 3 4 5
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图5.5
流水处理
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二、 计算机的功能是执行程序。执行程序时，计算 机操作由一系列指令周期组成，每个周期执行一条 机器指令，而每个指令周期又由若干个机器周期组 成，一种通常的办法是分解成取指、取操作数、执 行和中断，只有取指和执行周期总是必有的。 1 2 图
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二、时序控制方式 计算机的基本任务是执行指令。执行一条指令 的过程是分为若干步来实现的，每一步对应某些微 操作。由于不同指令所对应的微操作及繁简程度大 不相同，因而每条指令和每个微操作所需的执行时 间也不相同，这就需要引入时序信号来对这些微操 作进行定时控制。时序控制方式，就是指微操作与 时序信号之间采取何种关系。按照同步或非同步的 关系，可将时序控制方式分为同步控制和异步控制
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计算机从取指令到执行完指令所需要的时间称 为指令周期。不同的指令，其功能不同，其指令周 期长短也就可以不同。在系统中，通常不为指令周 期设置时间标志信号，因而也不将其作为时序的一 级。时序信号通常划分为三级，即机器周期、节拍
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图5.2
时序系统结构框图
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3) 异步控制方式中没有统一的时钟信号，各部件 按自身固有的速度工作，通过应答方式进行联络， 常见的应答信号有准备好（READY）或等待（ WAIT
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图5.3 多级时序
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图5.4
异步应答流程
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在CPU中，控制器的任务是决定在什么时间、 根据什么条件、发什么命令、做什么操作。因此， 产生微命令的基本依据是时间、指令代码、状态、 外部请求等。这些信息或作为逻辑变量，经组合逻 辑电路产生微命令序列；或形成相应的微程序地址， 通过执行微指令直接产生微命令序列。按照微命令 的产生方式，可将控制器分为组合逻辑控制器和微
计算机执行程序代码的过程分析
计算机执⾏程序代码的过程分析计算机语⾔的分类：计算机语⾔的分类，⼤体上可以分为机器语⾔，汇编语⾔，⾼级语⾔三⼤类。
机器语⾔:计算机能够直接执⾏的是机器语⾔，由⼆进制代码来组成，可以直接对硬件进⾏操作，对于⼈来说，⾮常不容易编写。
汇编语⾔:汇编语⾔的是指和机器语⾔是相同的，都是直接对硬件进⾏操作，采⽤的是英⽂缩写的标⽰符。
同样需要我们将每⼀步的具体操作都要⽤语⾔写出来，⽐较复杂（相对于⾼级语⾔，但是肯定⽐机器语⾔好多啦）。
⾼级语⾔:⾼级语⾔是将很多机器的指令合并，去掉了很多细节，⼤⼤简化了程序，对于程序员的要求也低了很多。
现在常⽤的C,C++,JAVA等等语⾔，都属于⾼级语⾔。
但是⾼级语⾔不能直接对硬件进⾏操作。
再来看⼀下⼏个概念。
编译，汇编过程，解释，脚本，解释型语⾔，编译型语⾔。
由于计算机智能读懂机器语⾔，所以汇编语⾔和⾼级语⾔必须经过⼀些列的处理来转化为机器语⾔才可以。
对于汇编语⾔，这个转化过程，就是通过汇编程序，把汇编语⾔转化为机器语⾔，这个过程，成为汇编过程。
对于⾼级语⾔，就是通过编译过程，使之转化为机器语⾔。
（编译过程中其实也是经历了先编译成汇编语⾔，再通过汇编程序转化为机器语⾔的过程）⼀般通过编译器来执⾏。
编译器的翻译过程，其实是分为编译和解释两种的。
编译就是对于⾼级语⾔，⼀次性转化为可执⾏的机器语⾔，然后执⾏（执⾏的时候就没有编译器什么事⼉啦）；⽽解释，相当于是⼀边转化，⼀边运⾏的，中间不⽣成可执⾏的⽂件，⽽每⼀次运⾏，都需要重新解释⼀遍。
不像编译可以⼀次编译，后⾯⽆论执⾏多少次都不⽤再重来了（代码不变的话）。
从字⾯上理解，通过编译来执⾏的语⾔是编译型语⾔，通过解释来运⾏的是解释⾏语⾔。
解释型语⾔有⾃⼰的解释器。
java语⾔我们在上⾯没有说，应该它不是标准的编译型也不是标准的解释型。
java也需要编译，但是它是编译成java字节码⽂件，相当于可以直接运⾏在javaVm(虚拟机）上的机器代码。
计算机组成原理第5章习题参考答案
第5 章习题参考答案第5 章习题参考答案1．请在括号内填入适当答案。
在CPU 中：(1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（IR）；(2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（AR）(3)算术逻辑运算结果通常放在（DR）和（通用寄存器）。
2．参见图 5.15 的数据通路。
画出存数指令“ STO Rl， (R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl 的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解：STO R1, (R2)的指令流程图及为操作信号序列如下：STO R1, (R2)(PC)→ARPC O, G, AR i(M) → DR R/W=R(DR) → IR DR O , G, IR i(R2) → AR R2O , G, AR i(R1) → DR R1O , G, DR i(DR) → M R/W=W~3．参见图 5.15 的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将 (R3)为地址主存单元的内容取至寄存器 R2 中，标出各微操作控制信号序列。
解：LAD R3, (R0) 的指令流程图及为操作信号序列如下：LAD (R3), R0(PC)→ AR PC O, G, AR i(M) → DR R/W=R(DR) → IR DR O , G, IR i(R3) → AR R3O , G, AR i(M) → DR R/W=R(DR) → R0DR O , G, R0i~4．假设主脉冲源频率为 10MHz，要求产生 5 个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。
解：5．如果在一个 CPU 周期中要产生 3 个节拍脉冲；T l＝200ns，T2=400ns，T3=200ns，试画出时序产生器逻辑图。
解：取节拍脉冲 T l、 T2、T3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。
所以取时钟源提供的时钟周期为 200ns，即，其频率为 5MHz. ；由于要输出 3 个节拍脉冲信号，而 T3的宽度为 2 个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是 4 个时钟周期，所以除了 C4外，还需要 3 个触发器—— C l、C2、C3；并令T1C 1C2；T1C 2C3；T3C1 C 3，由此可画出逻辑电路图如下：6．假设某机器有 80 条指令，平均每条指令由 4 条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
东北大学《计算机基础》课件-第5章(张老师)
C++保持了C语言的简洁、高效和接近汇编语言等优点，同时又对C语言的 不足和问题作了很多重要改进。
①增加了新的运算符，使C++应用起来更加方便；②改进了类型系统，增 加了安全性；③使用“引用”作函数参数为用户编程带来了很大方便；④允
许
函数重载，允许设置缺省参数，提高了编程的灵活性，减少了冗余返；回⑤本对章目
1. C++的特点
1抽象：是对具有特定属性及行为特征的对象进行概括，从中 提炼 出这一类对象的共性，并从通用性的角度描述其共有的属性及 行 为特征。抽象又分为数据抽象和代码抽象，前者描述某类对象的 公共属性，后者描述某类对象共有的行为特征。 2封装和数据隐藏：在面向对象程序设计中，通过封装可以将 一部分 属性和数据的操作隐藏起来，另一部分作为类的外部接口， 使用者 可以访问。这样可以对属性和操作的访问权限进行合理控制， 减少 程序之间的相互影响，降低出错的可能性。
3 确定数据结构和算法：数据结构 ＋ 算法 = 程序
4 编写程序5 调试程序6 Fra bibliotek理资料，交付使用
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5.1.3 程序设计语言
程序设计语言是人们根据描述问题的需要而设计的，是计算机能 够直接识别的语言，有一套固定的符号和语法规则，是人与计算机交 流所使用的“语言”。
程序设计语言可分成机器语言、汇编语言和高级语言。前两类依 赖于计算机硬件，因机器而异，又称为低级语言，而高级语言与计算 机硬件基本无关，是目前使用非常广泛的程序设计语言。
程序设计语言就是计算机能够理解和执行的特殊语言。
5.1.2 程序设计的一般过程
概括地说，程序设计就是分析问题、编写程序、调试程序的过 程。用计算机解决实际问题的基本过程如下图所示。
计算机程序执行流程
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计算机系统结构课件：第五章 并行处理技术
并行处理技术发展
时间重叠
先行控制 高速缓存
指令操作 宏流水线
异构型多处理机系 统
高级语言数据库处 理机
松散耦合系统、专用外 围处理机
功能专用化
计算机系统结构
Computer Architecture
第五章 并行处理机和多处理机
并行处理中需研究的课题：
（1）在处理机数目很多的情况下，要把任何一个问题分成足够多的并行 过程（即任务分配）非常困难，并且也不是所有问题都能做到这一点。
第五章 并行处理机和多处理机
时延（TC ）——机器各子系统间通信开销的时间量度。如：存贮时延 是处理机访问存贮器所需时间；同步时延是两台处理机互相同步所需的 时间。
通信时延问题：计算机中不同的时延是由机器内部系统结构，实现技术和 通信方式决定。系统结构和实现技术将会影响子系统间容许时延的选择。 可以用平衡粒度和时延的办法来求得较好的计算机系统性能。
分布存贮器阵列处理机结构
CU CUM
SC
I/O
D
接口
PEM0 PEM1
PE0
PE1
ICN
PEMN-1 PEN-1
计算机系统结构
Computer Architecture
第五章 并行处理机和多处理机
ILLIAC-IV 结构 （分布存贮器并行处理机结构）
•处理单元阵列
由64个结构完全相同的处理单元PEi 构成，每个处理单元PEi字长 64位，PEMi为隶属于PEi的局部存储器，每个存储器有2K字，全部 PEi由CU统一管理，PEi都有一根方式位线，用来向CU传送每个PEi 的方式寄存器D中的方式位，使CU能了解各PEi的状态是否活动，作 为控制它们工作的依据。
信息科技 第5课 算法的执行
信息科技第5课算法的执行算法的执行是指将算法转化为可以被计算机执行的程序代码，并在计算机上执行算法的过程。
在现代信息科技中，算法的执行是非常重要的一部分，它决定了计算机程序的运行效率和准确性。
本文将介绍算法的执行过程以及常用的执行方法。
算法的执行过程可以分为以下几个步骤：1.语言转换：将算法的伪代码转换为特定编程语言的代码。
不同的编程语言有不同的语法和特性，因此算法的实现需要根据具体的编程语言进行转换。
常用的编程语言有Python、Java、C++等。
2.编译/解释：将转换后的程序代码编译或解释为机器语言，以便计算机能够理解和执行。
编译是将程序代码转换为机器语言的过程，生成可执行文件；解释是逐行执行程序代码的过程，不生成可执行文件。
3.运行时：执行编译/解释后的程序代码，计算机按照算法的要求进行相应的计算和操作。
在运行时，计算机会按照程序的逻辑顺序执行代码，执行各种算术运算、逻辑判断、数据存储等操作。
4.输出结果：将最终的计算结果输出，可以是在屏幕上显示、保存到文件中或者通过网络传输等方式展示。
在算法的执行过程中，常用的执行方法有以下几种：1.顺序执行：按照程序代码的顺序逐行执行，适用于没有分支或循环结构的简单算法。
2.分支执行：根据条件判断结果，选择不同的执行路径。
常用的分支执行结构有if-else、switch-case等。
3.循环执行：重复执行一段代码，直到满足退出条件。
常用的循环结构有for循环、while循环等。
4.递归执行：在算法中调用自身进行计算。
递归算法可以简化程序代码，但需要注意递归的退出条件，否则可能导致无限递归。
在执行算法时，还需要关注算法的时间复杂度和空间复杂度。
时间复杂度描述了算法执行所需的时间量级，空间复杂度描述了算法执行所需的存储空间量级。
常用的时间复杂度有O(1)、O(log n)、O(n)、O(n log n)、O(n^2)等，常用的空间复杂度有O(1)、O(n)等。
VF 第5章
21
5.4.3循环结构
• • • • • • • • 1．DO WHILE — ENDDO 语句 语句格式： DO WHILE <条件> <命令序列> ［LOOP］ ［EXIT］ ENDDO 执行该语句时，先判断<条件>是否为真，如果是真则执行 DO WHILE与ENDDO间的循环体，当执行到ENDDO时， 再返回DO WHILE 重新判断循环条件是否为真，确定是 否再次执行循环体。若条件为假则结束循环语句执行 ENDDO后的语句。 22
第5章 结构化程序设计基础
1
主要内容
• • • • • 5.1程序设计的基本概念 5.2程序的建立与运行 5.3常用命令介绍 5.4程序的基本结构 5.5过程及过程文件
2
5.1 程序设计的基本概念
• 程序是计算机能够分析执行的指令集合。 这组指令被存放于称为程序文件或命令 文件的文本文件中。程序设计是根据解 决某一问题的步骤，按一定的逻辑关系， 将一系列的指令组合在一起。程序执行 的过程就是程序中所有指令执行的过程。 当运行程序时，系统会自动按一定次序 执行程序文件中的命令。
16
5.4.2选择结构
• • • • • • • • 2．双分支结构 语句格式： IF<条件> <语句序列1> ELSE <语句序列2> ENDIF 如果<条件>表达式的值是真（.T.）则执行<语句序 列1>，然后执行ENDIF后的语句；否则执行<语句 序列2>，然后执行ENDIF后的语句。
17
5.4.2选择结构
25
5.4.3循环结构
• • • • • • • 3．SCAN — ENDSCAN 语句 语句格式： SCAN［<范围>］ ［FOR <条件1>］ ［WHILE <条件2>］ <循环体> ［LOOP］ ［EXIT］ ENDSCAN
简述程序在计算机中的执行过程
简述程序在计算机中的执行过程
计算机程序是一组指令的集合，它们被设计用于在计算机中执行特定的任务。
程序的执行过程可以分为四个基本阶段：编译、装载、执行和结束。
编译是将程序语言源代码转换为计算机可执行代码的过程。
编译器将源代码翻译成机器语言，生成可执行文件。
这个文件包含了程序的指令和数据，以及其他必要的信息，如程序入口点和内存分配等。
装载是将可执行文件加载到内存中的过程。
在此过程中，操作系统将程序加载到可用内存中的某个位置，并配置程序所需的资源，如内存和IO设备等。
这个过程还可能包括动态链接和库文件的加载。
执行是程序在计算机中运行的过程。
计算机在处理器中加载并执行程序的指令，一次执行一个指令。
这个过程是程序执行的核心，它将程序中的数据和操作转换为计算机可以理解的指令。
结束是程序执行完成的过程。
在程序完成任务或遇到错误时，程序将退出。
此时，操作系统将回收程序使用的内存和其他资源，并通知用户程序的状态。
综上所述，程序的执行过程涉及编译、装载、执行和结束四个基本阶段。
这些阶段都是程序在计算机中运行的必要过程，它们共同构成了程序在计算机中执行的完整过程。
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ALU把MDR
6
输出与AC输出 相加，结果送
①=00
AC输出计算结 果
AC
控制信号产 生电路
①②③④⑤⑥
PC ⑤
+4
CLK
1）ADD指令
时钟周期1 时钟周期2
准备指令 地址
取指
时钟周期3 时钟周期4
传送指令 译码
时钟周期5
取数
时钟周期6
计算
③=0 ④=0
②=1
⑥=1
③=1 ④=0
⑤=01
②=1
5d
pop %ebp
同？如何确定操作数是在寄
6 804839e: c3
ret
存器中还是在存储器中？一
条指令执行结束后如何正确
°对于add函数
读取到下一条指令？
✓指令按顺序存放在0x08048394开始的存储空间。
✓各指令长度可能不同，如push、pop和ret指令各占一个字节，第2行 mov指令占两个字节，第3行mov指令和第4行add指令各占3字节。
指令时，则需要根据条件码、操作码和寻址方式等确定下条指令地址。
机器指令的执行过程
° CPU执行指令的过程 - 取指令 - 指令译码 - 进行主存地址运算 - 取操作数 - 进行算术 / 逻辑运算
“1”：指一条 指令的长度，定 长指令字每次都 一样；变长指令 字每次可能不同
- 存结果
- PC+“1”
RW
3 MDR送IR
⑥=1 IR输出指令
存储体
IR操作码字段
进行译码；IR 地址码字段送 MAR
③=1
①
4 设置读条件 ④=0
MAACR输出数 ②
A据L地U 址，RW 输出读信号
MDR
PC＋4送PC， 准备下一条指 ⑤=01 令地址
运算器 PC输出下一
条指令地址
⑥
IR
MAR ③
PC ⑤
+4
控制信号产 生电路
时间段，每一个时间段对应一个电位信号，称为节拍电 位。 工作脉冲：在一个节拍内常常设置 一个或几个工作脉冲， 工作脉冲的宽度只占节拍电位宽度的 1/n，并处于节 拍的末尾部分，以保证所有的触发器都能可靠、稳定地 翻转。
计算机系统平台
12
三级时序系统
一台计算机机内的控制信号一般均由若干个机器周期状
态,若干个节拍电位及若干个时钟脉冲这样的3级时序系统
组成。
工作脉冲1
工作脉冲2
指令周期
机器周期1 机器周期2
机器周期n
……
时钟周期1 (节拍1)
时钟周期2 (节拍2)
时钟周期m (节拍m)
….
工作脉冲k
….. ……….
….
现代计算机已不再采用三级时序系统，机器周期的概念已经消
失，取代的定时信号就是时钟，一个时钟周期就是一个节拍。
①=00
在六个节拍中，还有哪些微操作必须确定？
计算机系统平台
25
1）ADD指令
AC在第6节拍更新前需保持以便计算 PC在第4节拍更新前后需保持以维持下一条指令地址 IR在第3节拍取到指令后需保持以便译码 存储器要保持读状态防止被误修改
状态：
PC：程序计数器，用于保存指令的 存储地址；
IR：指令寄存器，用于保存当前指 令；
AC：累加器，用于保存运算结果 和载入数据；
P C
控制器 I R
Байду номын сангаас
MAR：存储器的地址寄存器；
MDR：存储器的数据寄存器；
RW：读写状态寄存器；
实例计算机
计算机系统平台
A 运算器 C
M
A存
R储
存储器
④
存储体
RW
AC
ALU
② MDR
MAR ③
运算器
⑥
IR
计算机系统平台
控制信号产 生电路
①②③④⑤⑥
PC ⑤ +4
20
1）ADD指令
节 拍
微操作
信号 本时钟周期末 存储器 取值 上升沿后
④
RW
PC送MAR ③=0 MAR输出指令
存储体
1
地址，RW输
设置读条件 ④=0 出读A信C 号
②
存储器取指， ①
为01表示选择PC＋4的值进入PC，10和11表示PC保持内容。 ➢IR更新控制：1位。为1选择MDR内容进入IR，否则IR内容
保持。
计算机系统平台
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3 微操作
分析指令ADD x 所涉及的微操作
“PC送MAR” “设置读条件” “访存结果送MDR” ① “MDR送IR”
“IR地址字段送MAR” “设置读条件” “访存结果送MDR” “加法” “PC＋4送PC”
第五章 程序的执行
程序执行和指令执行概述 数据通路基本结构和工作原理
程序的执行机制
° 分以下两个部分介绍 • 第一讲：程序执行概述 - 程序及指令的执行过程 - CPU的基本功能和基本组成 • 第二讲：数据通路基本结构和工作原理 - 数据通路基本结构 - 数据通路的时序控制 - 数据通路基本工作原理
- 以上每步都需检测“异常”
指 令 执 执行 行 阶段 过 程
- 若有异常，则自动切换到异常处理程序
- 检测是否有“中断”请求，有则转中断处理
问题：
“译码”须在指令执行前做吗？ 是
你能说出几种“异常”事件？“异常”和“中断”的差别是什么？
异常是在CPU内部发生的，中断是由外部事件引起的
程序及指令的执行过程
计算机系统平台
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3 微操作
一条指令的处理包括一系列控制过程。在这个 控制过程中，由控制器发出的每个控制信号均 通过硬连线的方式连接到某个特定部件，在空 间上形成受控部件的操作。
计算机系统平台
17
由六个寄存器和组合逻辑构成的电路
1位
存储器
④
RW
存储体
AC
①
ALU
2位
1位
②
MDR
MAR ③ 1位
运算器
1位 ⑥
IR
PC
⑤ 2位
+4
控制信号产 生电路
①②③④⑤⑥
计算机系统平台
控制器
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控制信号说明
➢ALU运算控制：2位。为00表示进行加法运算，结果送入AC； 01表示进行移位运算，结果送入AC；为10表示进行数据传送， 来自MDR输出、送到ALU右操作数入口的数据被送入AC；为 11表示AC保持；
计算机系统平台
13
● 时序关系图：
晶振输出
工作脉冲P 对微操作定时
打入IR
时钟T1 控制分步操作时间
取出指令
时钟T2
译码
机器周期1 控制不同阶段操作时间 取指
机器周期2
执行
指令周期
计算机系统平台
14
2 指令系统
由具有代表性的5条指令构成。
存储器
…
指令 ADD x LOAD x STORE x SHL x JUMP x
CPU
Control
Memory
Input
DDataatpaaptahth
Output
° 什么是数据通路（DataPath）? • 指令执行过程中，数据所经过的路径，包括路径中的部件。
实例计算机的执行过程
控制器在不同的时机发出不同信号控制 各个部件完成一条指令的处理，三大部
件使用六个寄存器保存一定的指令执行
° 程序和指令的关系 • 程序由一条一条指令组成，指令按顺序存放在内存连续单元
° 程序的执行：周而复始地执行一条一条指令 • 正常情况下，指令按其存放顺序执行 • 遇到需改变程序执行流程时，用相应的转移指令（包括无 条件转移指令、条件转移指令、调用指令和返回指令等） 来改变程序执行流程
° 程序的执行流的控制 • 将要执行的指令所在存储单元的地址由程序计数器PC给 出，通过改变PC的值来控制执行顺序
功能
备注
ACAC＋Mem[x] 定点加
ACMem[x]
取数
Mem[x] AC
存数
ACAC<<x
逻辑左移
PCx
无条件跳转
2020 2016 2012 2008 2004 2000
x=2004
……
12 STORE
8
SHL
4
ADD
0 LOAD
AC
实例计算机:机器字长32位,指令字长32位。 2P0C04
计算机系统平台
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4 指令格式
操作码字段
地址字段
31 30 29 28 24 23……
0
ADD 0 0 0
LOAD 0 0 1 STORE 0 1 0
Address
JUMP 0 1 1 SHL 1 1 1 5位移位值
例如：
LOAD b[0] 001 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1101 1000 (b[0]:2008)
M器
D R
接
R口
W
10
控制器基本设计方法——时序控制方式
同步时序控制：所有微操作的动作均是在一个 统一时钟控制下完成。这个时钟称为系统时钟， 它的一个周期时间就是时钟周期。
最慢微操作的工作时间决定了时钟周期； 设计简单，实现代价小，便于调试；
异步时序控制：不采用统一的时钟来产生各个 控制信号，每个部件需要的控制信号都由部件 各自的时钟产生，有的甚至不需要时钟产生。
° 指令周期：CPU取出并执行一条指令的时间
程序的执行机制
° 分以下两个部分介绍 • 第一讲：程序执行概述 - 程序及指令的执行过程 - CPU的基本功能和基本组成 • 第二讲：数据通路基本结构和工作原理 - 数据通路基本结构 - 数据通路的时序控制 - 数据通路基本工作原理