上一章著重講了指令，我們用匯編、C語言等工具編寫的代碼最終也被轉(zhuǎn)化成機(jī)器指令被執(zhí)行。本章進(jìn)一步闡述編程語言如何被加載和執(zhí)行的過程。

6.1.一段程序代碼

我們給出一段類似C語言的代碼，作為本書電路的“hello world”程序，看看電路之間如何配合才能完成執(zhí)行這個(gè)代碼的目標(biāo)。

試著分析這3行代碼：

1、a=6，a在高級(jí)語言中是一個(gè)變量，其本質(zhì)是一個(gè)內(nèi)存地址；a=6的意思是在a地址的內(nèi)存空間中存入數(shù)字6；本章為了講解過程進(jìn)一步簡化，假設(shè)這兩句已經(jīng)執(zhí)行完畢。

2、c=a+b，首先把a(bǔ)和b的內(nèi)存空間中的數(shù)字，用加法器加起來，得到一個(gè)結(jié)果值9，然后把9存儲(chǔ)到c這個(gè)地址的內(nèi)存空間中。

圖 6-1 本章代碼內(nèi)存示意圖

6.2.程序執(zhí)行控制

從上一章詳細(xì)闡述了指令寄存器從內(nèi)存中取出代碼指令，然后控制指令的執(zhí)行。但是他只負(fù)責(zé)具體執(zhí)行一條指令，給它什么指令，它就去完成，可見背后還應(yīng)該有一個(gè)“指揮棒”，把需要執(zhí)行的指令給指令寄存器，等他執(zhí)行完成后，把下一個(gè)指令給它。

需要設(shè)計(jì)一個(gè)程序執(zhí)行控制模塊，來做這個(gè)“指揮棒”，我們來試著分析它如何工作。

如圖 6-1，內(nèi)存被分成代碼區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分，代碼區(qū)從內(nèi)存的0000 0000位置開始。根據(jù)我們的電路設(shè)計(jì)，指令的格式是8位的操作碼加上8位的操作地址（見圖 5-1），我們的內(nèi)存被設(shè)計(jì)成8位的存儲(chǔ)單元，每一個(gè)內(nèi)存地址下可以存放一個(gè)8位的數(shù)據(jù)。所以一個(gè)完整指令在內(nèi)存中被分兩行存儲(chǔ)。

圖 6-2 計(jì)數(shù)寄存器對(duì)指令寄存器的控制示意圖

圖 6-2所示，指令寄存器通過對(duì)其他的寄存器的控制來執(zhí)行指令，程序運(yùn)行控制模塊則通過控制指令寄存器的運(yùn)行，達(dá)到控制整個(gè)電路運(yùn)行的效果。首先，電路通電后，“程序運(yùn)行控制邏輯模塊”中PC寄存器放著內(nèi)存中存放代碼的首地址（圖 6-1的0000 0000地址），然后反復(fù)執(zhí)行如下步驟：

1.控制指令操作寄存器（IR_OP）把第一個(gè)指令的操作碼取出（內(nèi)存設(shè)置可讀，IR_OP設(shè)置可寫）；

2.PC寄存器地址加1；

3.控制指令地址寄存器（IR_ADDR）把第一個(gè)指令的操作地址取出（內(nèi)存設(shè)置可讀，IR_ADDR設(shè)置可寫）；

4.指令地址寄存器（IR_ADDR）設(shè)置為可讀，設(shè)定好指令操作過程中的內(nèi)存地址；

5.指令操作寄存器（IR_OP）設(shè)置為可讀，按照指令碼運(yùn)行相應(yīng)的指令邏輯；

6.PC寄存器地址加1；

每完成一次6個(gè)步驟的循環(huán)，則完成內(nèi)存中的一個(gè)指令的執(zhí)行，并準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)指令的執(zhí)行。

6.3.指令執(zhí)行控制譯碼器設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)反復(fù)執(zhí)行以上6步，電路設(shè)計(jì)的大概思路是用一個(gè)三進(jìn)八出的譯碼器，輸出端對(duì)應(yīng)這6個(gè)步驟，輸入端循環(huán)輸入二進(jìn)制的0～5。

6.4.PC寄存器內(nèi)存地址加1電路設(shè)計(jì)

6.5.小節(jié)