1.1.3　計算機的工作原理

美籍匈牙利數學家馮·諾依曼設計的計算機工作原理是將需要執行的任務用程序設計語言寫成程序，與需要處理的原始數據一起通過輸入設備輸入并存儲在計算機的存儲器中，即“程序存儲”。在需要執行時，由控制器取出程序并按照程序規定的步驟或用戶提出的要求，向計算機的有關部件發布命令并控制它們執行相應的操作，執行的過程不需要人工干預，而是自動連續進行，即“程序控制”。

計算機在運行時，先從內存中取出第一條指令，通過控制器的譯碼，按指令的要求，從存儲器中取出數據進行指定的運算和邏輯操作等加工，然后再按地址把結果送到內存中去。接下來，再取出第二條指令，在控制器的指揮下完成規定操作。依此進行下去，直至遇到停止指令。

計算機的工作過程就是執行程序的過程。怎樣組織存儲程序，涉及計算機體系結構問題。現在的計算機都是基于“程序存儲”概念設計和制造出來的。

了解了“程序存儲”，再去理解計算機工作過程變得十分容易。如果想讓計算機工作，就得先把程序編出來，然后通過輸入設備送到存儲器保存起來，即程序存儲，接下來就是執行程序的問題。根據馮·諾依曼的設計，計算機應能自動執行程序，而執行程序又歸結為逐條執行指令。執行一條指令又可分為以下4個基本操作，如圖1-1-2所示。

①取出指令：從存儲器某個地址中取出要執行的指令，送到CPU內部的指令寄存器暫存。

②分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令譯碼器，譯出該指令對應的微操作。

③執行指令：根據指令譯碼，向各個部件發出相應控制信號，完成指令規定的各種操作。

④為執行下一條指令做好準備，即取出下一條指令地址。

圖1-1-2　計算機執行指令的過程