计算机组成与结构：指令执行及运算部件解析

"该资源是关于计算机组成与结构的PPT，主要讲解了指令执行过程以及计算机内部的一些基本组成和运算方法。其中涉及到控制器的基本电路构成，包括有记忆功能的触发器、寄存器、计数器和存储单元，以及无记忆功能的门电路、加法器、ALU和逻辑电路。同时，通过一个加法指令的例子，阐述了指令执行的过程，描述了操作数如何在寄存器和主存之间交互。此外，还涵盖了计算机的多个章节内容，如运算方法、运算部件、主存储器、指令系统、中央处理部件、存储系统、辅助存储器、I/O设备和I/O系统。在运算方法部分，详细介绍了带符号二进制数的表示方法，包括原码、反码、补码以及加减法运算的规则。" 在计算机组成与结构中，指令执行过程是计算机执行任何操作的核心环节。控制器是CPU的重要组成部分，由多种基本电路组成。这些电路包括有记忆功能的触发器，它们用于存储状态信息，如程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）等。无记忆功能的门电路则用于执行逻辑运算，如AND、OR、NOT等，而加法器和算术逻辑单元（ALU）负责执行算术和逻辑运算。 以加法指令为例，指令通常包含操作码（op）、源寄存器（rs）、目的寄存器（rd）和可能的操作数（imm或disp）。当执行这样的指令时，操作数可以从源寄存器读取，与主存中的数据相加，然后结果存入目的寄存器。在这个过程中，地址计算可能涉及寄存器和立即数或位移量的组合。 在计算机中，数据的运算通常涉及带符号二进制数。原码直接表示数值的正负，但不适用于直接进行加减运算，因为两个负数相加会产生非零的最高位（符号位），这不符合二进制加法的规则。因此，计算机使用反码和补码来解决这个问题。反码是将正数保持不变，负数的每一位取反，除了最高位（符号位）；补码则是反码基础上再加1，这样可以正确地处理加减运算，包括负数之间的加法。 例如，两个二进制数相加时，采用补码表示，可以直接相加它们的补码形式，得到的结果的补码即为最终结果的补码。如果需要做减法，只需要将减数转换为其补码，然后加上被减数的补码即可。 整个计算机系统通过这样的方式协同工作，从内存中获取指令，由控制器解码并调度执行，同时利用ALU进行数据处理，最后将结果写回内存或寄存器。这个过程构成了计算机的基础运行机制。