程序是如何被 CPU 执行的
我们在进行嵌入式软件开发的时候,常用的一种语言是 C 语言,C 语言又被称之为高级语言,我们编写的高级语言在真正的进入到 CPU 进行执行之前,还有很多个步骤需要完成,比较粗略的划分是需要经过:编译 -> 链接 -> 生成可执行文件三大步骤,比较细致地划分就是下图所示的过程:
根据上述流程图我们可以知道,程序在进入 CPU 执行前,会得到一个可执行程序,而这个可执行文件内包含的就是一系列指令和数据的集合,所以说我们编写的程序本质上也就是指令 + 数据的形式,既然有了能被 CPU 所识别的指令和数据,那么编写的程序也就可以在 CPU 里运行起来了。
获取指令
上述讲到控制单元的是从指令寄存器中获得指令的,那么指令寄存器的指令又从何而来呢,我们回到我们最开始给出的那张示意图:
从图中可以看到指令是从指令存储器中取得的,同时,我们思考程序要能够正确的运行,那么就需要使得指令有序的得到运行,而不是胡乱地送到指令寄存器中,那么 CPU 又怎么保证指令能够有序的得到运行呢,这里就需要使用到 CPU 的 PC 指针寄存器,PC 指针寄存器的功能是存放下一条待执行指令的地址,当地址被取出之后,PC 指针寄存器将更新,指向下一条即将执行的指令,因此 PC 指针寄存器的存在也就保证了指令的有序执行。
总结
上述我们把 CPU 工作涉及的部件单独拆开进行了阐述,现在我们将其整合,所以 CPU 的工作流程是根据 PC 指针寄存器存储的下一条即将执行的指令的地址,使得指令存储器中的指令能够有序的进入指令寄存器,然后,控制单元从指令寄存器中取得相应的指令,并对其进行指令解析,判断当前指令要执行的操作,以及根据指令解析的内容控制逻辑运算单元操作数的来源和逻辑运算单元运算结果的存储位置,从而完成指令要求 CPU 执行的运算。