Principios de cálculo informático
1. Instrucciones y procedimientos
La razón por la que las computadoras pueden calcular automáticamente sin intervención humana directa es porque los humanos ingresan instrucciones operativas paso a paso (es decir, instrucciones) en la computadora de antemano. En la memoria, durante la ejecución, la máquina recupera estas instrucciones una por una para su análisis y ejecución.
Normalmente una instrucción corresponde a una operación básica. El diseñador decide qué instrucciones puede ejecutar una computadora y cuántas instrucciones hay al diseñar la computadora. Todas las instrucciones que una computadora puede ejecutar directamente son el conjunto de instrucciones de la computadora.
Las instrucciones expresadas en código binario se denominan instrucciones de máquina, que suelen incluir dos partes: códigos de operación y operandos. El código de operación indica qué operación realiza la computadora y el operando indica el número involucrado en la operación o la dirección donde se encuentra el operando. Debido a que las computadoras solo conocen números binarios, todas las instrucciones en el sistema de instrucciones de la computadora deben expresarse en forma de códigos binarios.
Los procedimientos son los pasos para resolver un problema. El programa de resolución de problemas de la computadora debe describirse en un lenguaje que la computadora pueda reconocer, por lo que el programa es una colección de instrucciones y los pasos de resolución de problemas descritos por las instrucciones se denominan programas.
2. Proceso de ejecución de instrucciones
Según la idea de programa almacenado de von Neumann, para usar computadoras para resolver problemas, primero debemos comprender la secuencia de instrucciones (es decir, el programa) y las instrucciones que instruyen. cómo funciona la computadora. Los datos sin procesar se introducen en la memoria de la computadora a través de dispositivos de entrada. Cuando la computadora está en funcionamiento, las instrucciones se recuperan de la memoria en secuencia, el controlador analiza y juzga las instrucciones, envía diferentes señales de control de acuerdo con los requisitos de la instrucción y completa las operaciones especificadas bajo el mando del controlador hasta que se completen todas las operaciones. Por lo tanto, el principio de funcionamiento de una computadora se puede resumir en programa almacenado y control de programa.
En términos generales, el tiempo que tarda una computadora en completar una instrucción se denomina ciclo de instrucción. Cuanto más corto sea el ciclo de instrucción, más rápida será la ejecución de la instrucción. La frecuencia principal o frecuencia de funcionamiento de la CPU suele reflejar la duración del ciclo de ejecución de la instrucción.
Cuando el ordenador está funcionando, la CPU lee una instrucción de la memoria y la ejecuta en la CPU. Después de ejecutar la instrucción, la siguiente instrucción se lee de la memoria y se ejecuta en la CPU. La CPU busca instrucciones, las analiza y las ejecuta continuamente. Este es el proceso de ejecución del programa.