计算机内部的工作

下面以CPU执行三个数的加法时，其具体过程的逐步分析。

假设一个CPU有名字为A,B,C,D的寄存器。这个CPU有8位数据总线和16位地址总线。因此，这个CPU能够访问地址为0000-FFFFH（总共10000H个地址）的存储器，CPU完成的动作是将16位进制数21放入寄存器A，然后将42H和12H累加到寄存器A。假设CPU传送一个值到寄存器A的指令的编码是1011 0000（B0H），将一个值累加到寄存器A的指令编码是0000 0100（04H），那么所需要的步骤和对应编码如下所示：

动作                                编码         数据

将值21H放入寄存器A          B0H        21H

将值42H累加到寄存器A       04H        42H

将值12H累加到寄存器A       04H        21H

如果执行上面所列动作的程序存储在起始地址为1400H的存储器中，那么下面列出的是每个存储器地址中的内容：

存储器地址                                          地址中所存放的内容

   1400                                    （B0）将一个值传送到寄存器A的指令编码

   1401                                    （21）传送的值

   1402                                    （04）累加到寄存器A的指令编码

   1403                                    （42）被累加的值

   1404                                    （04）累加到寄存器A的指令编码

   1405                                    （12）被累加的值

   1406                                    （F4）停机指令编码

CPU执行上述程序所要完成的动作如下所示：

1. CPU程序计数器的取值位于0000~FFFFH之间，程序计数器初始值要设置为1400H，表示第一条要执行的指令地址，在指令计数器被加载了第一条指令的地址之后，CPU便处于就绪状态。

2. CPU在地址总线上放置1400H，并将这个值传送出去，当CPU激活read洗脑，向存储器表示它需要地址位1400H处的字节数据时，存储器电路就找到所需地址，这使得1400H的存储器内容B0被放置到数据总线上，然后存入CPU。

3. 求助于译码词典，CPU对指令B0进行译码，当CPU在词典中找到该指令的定义时，它必须将下一个存储器字节的内容装入CPU的寄存器A，当它取得存储器地址1401的值21H时，它会确保除寄存器A之外的所有寄存器的门是关闭的，因此，当值21H调入CPU中时，这个值将直接进入寄存器A。这条指令完成后，程序计数器指向下一条要执行的指令的地址，即1402H，地址1402倍发出并放在地址总线之上，为取得下一条指令做准备。

4. 从存储器的1402H处取出代码04H，经过译码之后，CPU知道它应该将1403的内容累加到寄存器A之中，在取得值（42H）之后，它将寄存器A的内容连同这个值一起提供给ALU，以执行加法运算。然后，它从ALU的输出端取出加法的结果，并将此结果放入寄存器A之中，同时，程序计数器的值变为1404，即下一条指令的地址。

5. 地址1404放到地址总线上，指令的编码取出之后放入CPU之中，接下去译码并执行，这个指令编码所完成的功能，同样是将一个值累加到寄存器A中，程序计数器的值变为1406H。

6. 最后，1406H之处的内容被取出并执行，这个停机指令告诉CPU：停止对程序计数器的增量和取得下一条指令的操作。如果没有HALT指令，CPU会继续更新程序计数器并取指令。