組合電路和時序電路是計算機原理的基礎(chǔ)課，組合電路描述的是單一的函數(shù)功能，函數(shù)輸出只與當前的函數(shù)輸入相關(guān)；時序電路則引入了時間維度，時序電路在通電的情況下，能夠保持狀態(tài)，電路的輸出不僅與當前的輸入有關(guān)，而且與前一時刻的電路狀態(tài)相關(guān)，如我們個人PC中的內(nèi)存和CPU中的寄存器，均為時序電路。

說了這么多，我們學習的組合電路和時序電路在計算機中又是怎么一回事呢？為了便于理解，下面以一個大家都能接受的C語言程序開始，從上層向下層開始解釋。

void main（）{

int a ＝ 3， b ＝ 5;

int sum = a + b;

}

這個例子大家都能明白，main函數(shù)要做的事情就是實現(xiàn)兩個數(shù)的加法操作。這是我們?nèi)祟惖乃季S方式，但是計算機并不認識，如何讓計算機理解呢？于是，我們需要將上面這個程序翻譯成機器能理解的模樣，這時候就需要借助編譯器（如常見的gcc、msc等）將上面的程序翻譯成MIPS指令（不同的CPU有不同的指令集，包括X86指令集、MIPS指令集、Sparc指令集等，我們在這里用MIPS指令集，咱們的龍芯也是采用MIPS指令集），如下所示：

#下面的每條匯編代碼對應(yīng)一個二進制

addi $t0， 0， 3 # a = 0+3， a保存在$t0寄存器中， 對應(yīng)的二進制代碼為：0010 00** **** **** **** **** **** ****（這里的星號*表示二進制，這里暫時不關(guān)心）

addi $t1， 0， 5 # b = 0+5， b保存在$t1寄存器中

addi $t2， $t1， $t0 # sum ＝ a ＋ b， sum保存在$t2寄存器中

到這里，大家一定還在疑惑，不是說要翻譯成二進制代碼嗎？怎么是MIPS匯編語言？對，就是匯編語言，這個匯編語言中的每一條指令就對應(yīng)一條二進制代碼，匯編的方式更容易讓人理解。

現(xiàn)在我們得到了計算機可以理解的MIPS指令（可以想象成可執(zhí)行程序）了，接下來的問題是如何執(zhí)行MIPS指令。

要執(zhí)行程序，首先必須將可執(zhí)行程序文件（從外設(shè)）加載到內(nèi)存。可執(zhí)行文件加載到內(nèi)存時，操作系統(tǒng)會為每個可執(zhí)行程序在內(nèi)存中分配四個區(qū)：

1 代碼區(qū)。也就是前面的到的匯編代碼所對應(yīng)的二進制碼

2 全局數(shù)據(jù)區(qū)。全局變量，靜態(tài)變量放在這個區(qū)

3 堆區(qū)。表示在程序執(zhí)行過程中，動態(tài)申請的空間在這個區(qū)，如C語言中的malloc， free操作均是針對此區(qū)中的對象執(zhí)行申請或釋放操作

4 棧區(qū)。函數(shù)運行時，局部變量的保存區(qū)域。

我們重點關(guān)注代碼區(qū)和棧區(qū)，初始時，其分布如下圖所示：

代碼區(qū)-1.png

其中PC（Program Counter）是程序計數(shù)器（是CPU中的一個寄存器，具有數(shù)據(jù)存儲功能），即用來指示下一個即將執(zhí)行的指令的地址，本例中，進入main函數(shù)后，即將執(zhí)行的第一條指令是a = 3，其地址為：0X FF FF FF 00， 因此PC指向其對應(yīng)的匯編代碼的地址。

CPU根據(jù)PC的的值，從指定地址0X FF FF FF 00處獲取指令，然后解析指令，并執(zhí)行指令（即執(zhí)行a＝3）。

當a = 0執(zhí)行完畢后，PC執(zhí)行操作：PC ＝ PC ＋ 4，PC指向0X FF FF FF 04，即b = 5的指令的地址。此時，棧區(qū)的狀態(tài)為：

棧區(qū)-1.png

接著，CPU根據(jù)PC的的值，從指定地址0X FF FF FF 04處獲取指令，然后解析指令，并執(zhí)行指令（即執(zhí)行b＝5）。當b＝5執(zhí)行完畢后，PC執(zhí)行操作：PC ＝ PC ＋ 4，PC指向0X FF FF FF 08，即sum＝a＋b的指令的地址。此時，棧區(qū)的狀態(tài)為：

棧區(qū)-2.png

然后，CPU根據(jù)PC的的值，從指定地址0X FF FF FF 08處獲取指令，然后解析指令，并執(zhí)行指令（即執(zhí)行sum＝a＋b）。當sum＝a＋b執(zhí)行完畢后，PC執(zhí)行操作：PC ＝ PC ＋ 4，PC指向0X FF FF FF 12（因為，指令已經(jīng)執(zhí)行完畢，這里應(yīng)該提示要從main函數(shù)返回）。此時，棧區(qū)的狀態(tài)為：

棧區(qū)-3.png

至此為止，main函數(shù)內(nèi)部的流程基本上陳述完了（關(guān)于函數(shù)間調(diào)用，相對復(fù)雜，計算機組成中會詳細講解），但如何實現(xiàn)這些步驟呢，其中的關(guān)鍵問題包括如下：

問題：

1、知道內(nèi)存地址，如何定位到那個地址？？？答案：地址譯碼器

2、獲取到a＝3對應(yīng)的指令后，如何知道是做a=0+3的操作？？？答案：解析指令，指令譯碼器

3、PC寄存器如何保存值？如何做加4操作？答案：計數(shù)器（寄存器講解）