计算机的工作原理

计算机的基本原理是存储程序和程序控制。预先要把指挥计算机如何进行操作的指令序列（称为程序）和原始数据通过输入设备输送到计算机内存贮器中。每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地址去等步骤。

简单来说，计算机工作的过程实际上是快速执行指令的过程。

所以先来了解什么是指令，以及什么是指令系统。

在上一篇博客 计算机硬件系统（二）—计算机的主要性能指标 中提到过指令系统，此处只说指令。

计算机指令是能被计算机识别并执行的二进制代码组合，它规定了计算机能完成的某一种操作。

一条指令通常由操作数和操作码两部分组成。

操作码决定要完成的操作。操作码的位数决定了一个机器操作指令系统的指令条数。当使用定长操作码格式时，若操作吗位数是n，则指令条数有2的n次方条。

操作数指参加运算的数据及其所在的单元地址。操作数在大多数情况下是地址码，地址码可以有0~3个。

在计算机中，操作要求和操作数地址都由二进制数码表示，分别称作操作码和地址码，整条指令以二进制编码的形式存放在存储器中。

准备工作做好之后，现在开始说一说计算机的工作原理。

基本原理：

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。 程序与数据一样存贮，按程序编排的顺序，一步一步地取出指令，自动地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作原理。这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯.诺依曼于1945年提出来的，故称为 冯.诺依曼原理 。

详细的说，当计算机在工作时，有两种信息流在执行指令的过程中流动，即数据流和控制流。

数据流指原始数据、中间结果、结果数据、源程序等。

控制流是由控制器对指令进行分析、解释后向各部件发出的控制命令，指挥各部件协调地工作。

指令的执行过程分为以下4个步骤：

取指令：按照程序计数器中的地址（如0100H），从内存器中取出指（如070270H），并送往指令寄存器；分析指令：对指令寄存器中存放的指令（070270H）进行分析，由译码器对操作码（07H）进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码（0270H）确定操作数地址；执行指令：由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的的操作。例如做加法指令，取内存单元（0270H）的值和累加器的值相加，结果还是放在累加器；一条指令执行完成，程序计数器加1或将转移地址码送入程序计数器，然后回到第（1）步继续执行。

一般把计算机完成一条指令所花费的时间成为1个指令周期，指令周期越短，指令执行越快。

通常所说的CPU主频或称为工作频率，就反映了指令执行周期的长短。

计算机在运行时，CPU从内存读出一条指令送到CPU内执行，指令执行完，再从内存读出下一条指令送到CPU内执行。CPU不断的取指令、分析指令、执行指令，这就是程序的执行过程。