编程语言的加载和执行过程

上一章着重讲了指令，我们用汇编、C语言等工具编写的代码最终也被转化成机器指令被执行。本章进一步阐述编程语言如何被加载和执行的过程。

6.1.一段程序代码

我们给出一段类似C语言的代码，作为本书电路的“hello world”程序，看看电路之间如何配合才能完成执行这个代码的目标。

试着分析这3行代码：

1、a=6，a在高级语言中是一个变量，其本质是一个内存地址；a=6的意思是在a地址的内存空间中存入数字6；本章为了讲解过程进一步简化，假设这两句已经执行完毕。

2、c=a+b，首先把a和b的内存空间中的数字，用加法器加起来，得到一个结果值9，然后把9存储到c这个地址的内存空间中。

图 6-1 本章代码内存示意图

指令操作码	指令地址	说明
0000 0000	0000 1100	读取被加数a的值到加法站暂存器
0000 0001	0000 1010	从内存读取加数，并相加
0000 0010	0000 1101	将相加的结果存储内存

6.2.程序执行控制

从上一章详细阐述了指令寄存器从内存中取出代码指令，然后控制指令的执行。但是他只负责具体执行一条指令，给它什么指令，它就去完成，可见背后还应该有一个“指挥棒”，把需要执行的指令给指令寄存器，等他执行完成后，把下一个指令给它。

需要设计一个程序执行控制模块，来做这个“指挥棒”，我们来试着分析它如何工作。

如图 6-1，内存被分成代码区和数据区两部分，代码区从内存的0000 0000位置开始。根据我们的电路设计，指令的格式是8位的操作码加上8位的操作地址（见图 5-1），我们的内存被设计成8位的存储单元，每一个内存地址下可以存放一个8位的数据。所以一个完整指令在内存中被分两行存储。

图 6-2 计数寄存器对指令寄存器的控制示意图

图 6-2所示，指令寄存器通过对其他的寄存器的控制来执行指令，程序运行控制模块则通过控制指令寄存器的运行，达到控制整个电路运行的效果。首先，电路通电后，“程序运行控制逻辑模块”中PC寄存器放着内存中存放代码的首地址（图 6-1的0000 0000地址），然后反复执行如下步骤：

1.控制指令操作寄存器（IR_OP）把第一个指令的操作码取出（内存设置可读，IR_OP设置可写）；

2.PC寄存器地址加1；

3.控制指令地址寄存器（IR_ADDR）把第一个指令的操作地址取出（内存设置可读，IR_ADDR设置可写）；

4.指令地址寄存器（IR_ADDR）设置为可读，设定好指令操作过程中的内存地址；

5.指令操作寄存器（IR_OP）设置为可读，按照指令码运行相应的指令逻辑；

6.PC寄存器地址加1；

每完成一次6个步骤的循环，则完成内存中的一个指令的执行，并准备进入下一个指令的执行。

6.3.指令执行控制译码器设计

为了实现反复执行以上6步，电路设计的大概思路是用一个三进八出的译码器，输出端对应这6个步骤，输入端循环输入二进制的0～5。

6.4.PC寄存器内存地址加1电路设计

6.5.小节