1.1.3　计算机的工作原理

美籍匈牙利数学家冯·诺依曼设计的计算机工作原理是将需要执行的任务用程序设计语言写成程序，与需要处理的原始数据一起通过输入设备输入并存储在计算机的存储器中，即“程序存储”。在需要执行时，由控制器取出程序并按照程序规定的步骤或用户提出的要求，向计算机的有关部件发布命令并控制它们执行相应的操作，执行的过程不需要人工干预，而是自动连续进行，即“程序控制”。

计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。依此进行下去，直至遇到停止指令。

计算机的工作过程就是执行程序的过程。怎样组织存储程序，涉及计算机体系结构问题。现在的计算机都是基于“程序存储”概念设计和制造出来的。

了解了“程序存储”，再去理解计算机工作过程变得十分容易。如果想让计算机工作，就得先把程序编出来，然后通过输入设备送到存储器保存起来，即程序存储，接下来就是执行程序的问题。根据冯·诺依曼的设计，计算机应能自动执行程序，而执行程序又归结为逐条执行指令。执行一条指令又可分为以下4个基本操作，如图1-1-2所示。

①取出指令：从存储器某个地址中取出要执行的指令，送到CPU内部的指令寄存器暂存。

②分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作。

③执行指令：根据指令译码，向各个部件发出相应控制信号，完成指令规定的各种操作。

④为执行下一条指令做好准备，即取出下一条指令地址。

图1-1-2　计算机执行指令的过程