重复上述步骤,直到遇到结束程序的指令为止。其过程如图2-4所示。 取指令分析指令山执行指令山取指令2分析指令2执行指令2 图2-4程序的顺序执行 程序的这种执行方式称为顺序执行方式,早期的计算机系统均采用这样的执行方式。该 方式的优点是控制系统简单,设计和实现容易:缺点是处理器执行程序的速度比较慢,因为 只有在上一条指令执行完后,才能取出下一条指令并执行,而且计算机各个功能部件的利用 率较低。在计算机中,取指令、分析指令、执行指令是由不同的功能部件完成的,如果按照 图2-4的流程工作,则在取指令时,分析指令和执行指令的部件处于空闲状态,同样,在执 行指令时,取指令和分析指令的操作也不能进行。这样,计算机各个部件的功能无法充分发 挥,致使计算机系统的工作效率较低 指令、分析指令和执行指令的部件并行工作。其程序执行过程如图2-5所示大,使负责取 为了提高计算机的运行速度,在现代计算机系统中,引入了流水线控制技术,使负责取 取指部件 「而七人;p 取指令2取指令3取指令4取指令5 分析部件 分析指令凵分析指令2分析指令3分析指令4 执行部件 执行指令1执行指令2执行指令3 图2-5程序的并行流水线执行方式 假如这三个功能部件的完成操作所用的时间相等,那么,当第一条指令进入执行部件时, 分析部件开始对第二条指令进行分析,取指部件也开始从内存取第三条指令。如果不考虑程 序的转移情况,程序的顺序执行方式所需要的时间大约为并行方式的3倍。 4.兼容性 某一类计算机的程序能否在其他计算机上运行,这就是计算机“兼容性”问题。比如, Intel 公司和AMD公司的生产的CPU,指令系统几乎一致,因此它们相互兼容。而苹果公司生 产的 Macintosh计算机,其CPU采用 Motorola公司的 PowerPC微处理器,指令系统大相径 庭,因此无法与采用 Intel公司和AMD公司CPU的PC机兼容。 即便是同一公司的产品,由于技术的发展,指令系统也是不同的。如Inte公司的产品 经历8088802868038680486→ Pentium→ Pentium→ PentiumIII-→ PentiumIv。每种新处 理器包含的指令数目和种类越来越多,通常采用“向下兼容”的原则,即新类型的处理器包含 旧类型处理器的全部指令,从而保证在旧类型处理器上开发的系统能够在新的处理器中被正 确执行。 2.2微型计算机的结构 在对计算机的体系结构和工作原理有了整体了解的基础上,本节我们将对计算机的各个 部分的构成和基本工作原理进行介绍。由于在各种类型的计算机中,应用最广泛、也是我们 接触最多的是微型计算机,因此本节我们以微型计算机为对象来介绍 2.2.1微型计算机的主机结构 1.微型机主机的逻辑构成重复上述步骤，直到遇到结束程序的指令为止。其过程如图 2-4 所示。 程序的这种执行方式称为顺序执行方式，早期的计算机系统均采用这样的执行方式。该 方式的优点是控制系统简单，设计和实现容易；缺点是处理器执行程序的速度比较慢，因为 只有在上一条指令执行完后，才能取出下一条指令并执行，而且计算机各个功能部件的利用 率较低。在计算机中，取指令、分析指令、执行指令是由不同的功能部件完成的，如果按照 图 2-4 的流程工作，则在取指令时，分析指令和执行指令的部件处于空闲状态，同样，在执 行指令时，取指令和分析指令的操作也不能进行。这样，计算机各个部件的功能无法充分发 挥，致使计算机系统的工作效率较低。 为了提高计算机的运行速度，在现代计算机系统中，引入了流水线控制技术，使负责取 指令、分析指令和执行指令的部件并行工作。其程序执行过程如图 2-5 所示。 取指令 1 取指令 2 取指令 3 取指令 4 取指令 5 …… 分析指令1 分析指令2 分析指令3 分析指令4 …… 执行指令1 执行指令2 执行指令3 …… 假如这三个功能部件的完成操作所用的时间相等，那么，当第一条指令进入执行部件时， 分析部件开始对第二条指令进行分析，取指部件也开始从内存取第三条指令。如果不考虑程 序的转移情况，程序的顺序执行方式所需要的时间大约为并行方式的 3 倍。 4．兼容性 某一类计算机的程序能否在其他计算机上运行，这就是计算机“兼容性”问题。比如，Intel 公司和 AMD 公司的生产的 CPU ，指令系统几乎一致，因此它们相互兼容。而苹果公司生 产的 Macintosh 计算机，其 CPU 采用 Motorola 公司的 PowerPC 微处理器，指令系统大相径 庭，因此无法与采用 Intel 公司和 AMD 公司 CPU 的 PC 机兼容。 即便是同一公司的产品，由于技术的发展，指令系统也是不同的。如 Intel 公司的产品 经历 8088→80286→80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→PentiumIV。每种新处 理器包含的指令数目和种类越来越多，通常采用“向下兼容”的原则，即新类型的处理器包含 旧类型处理器的全部指令，从而保证在旧类型处理器上开发的系统能够在新的处理器中被正 确执行。 2．2 微型计算机的结构 在对计算机的体系结构和工作原理有了整体了解的基础上，本节我们将对计算机的各个 部分的构成和基本工作原理进行介绍。由于在各种类型的计算机中，应用最广泛、也是我们 接触最多的是微型计算机，因此本节我们以微型计算机为对象来介绍。 2．2．1 微型计算机的主机结构 1．微型机主机的逻辑构成 取指令 1 分析指令 1 执行指令 1 取指令 2 分析指令 2 执行指令 2 …… 图 2-4 程序的顺序执行 取指部件 分析部件 执行部件 图 2-5 程序的并行流水线执行方式