一种计算机指令执行过程的可视化方法
【专利摘要】本发明涉及一种计算机指令执行过程的可视化方法，属于数据计算过程可视化领域。本发明方法首先将显示页面分为内存区、中央处理器区、输入区和显示区；主机区分为内存区和硬盘区；在内存区和中央处理器区之间设置地址总线、控制总线和数据总线；在内存区中设置代码区、数据区、数据寄存器区、地址寄存器区；在中央处理器区设置程序计数器区、指令寄存器区、控制器区等。输入区设置第一操作数输入区、第二操作数输入区、确定控件等。然后通过模拟执行一条加法指令，动态的展示每一步骤得到的数据的存放位置以及数据流向，实现了计算机指令执行过程的可视化。本发明方法有利于计算机学习者更快的理解计算机指令执行过程。
【专利说明】
一种计算机指令执行过程的可视化方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种计算机指令执行过程的可视化方法，属于数据计算过程可视化领域。
【背景技术】
[0002]计算机的工作方式取决于它的三个基本部件:存储器、控制器和运算器。这三个部件使得计算机具有两个基本能力:一是能够存储数据和程序，二是能够自动地执行程序。而能否用计算机求解问题并且得到满意的结果，则取决于程序的正确和优劣。程序是指令的集合，计算机周而复始的执行程序中指令的过程，就是执行程序的过程。但计算机指令在计算机内部是如何执行的，大多数人并不了解。因此，在计算机基础知识教学过程中，需要将此过程可视化。目前在已有文献中，还未查阅到计算机指令执行过程的可视化过程的相关资料。
[0003 ]本发明涉及到的已有技术为:
[0004]指令的执行:指令通常由操作码和操作数两部分组成。操作码表示该指令的功能，如算是运算或逻辑运算等，存入指令寄存器。操作数表示指令要处理的数据，或者数据所在的地址。整条指令以二进制编码的形式存放在存储器中。一条指令的执行可以分为三个阶段:取指令、译码和执行。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种计算机指令执行过程的可视化方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0007]—种计算机指令执行过程的可视化方法，具体操作步骤为:
[0008]步骤1:将显示页面分为内存区(RAM)、中央处理器区(CPU)、输入区和显示区。主机区分为内存区和硬盘区。在内存区和中央处理器区之间设置地址总线、控制总线和数据总线。在内存区中设置代码区、数据区、数据寄存器区、地址寄存器区。在中央处理器区设置程序计数器区、指令寄存器区、控制器区、第一通用寄存器区、第二通用寄存器区和算术逻辑单元。输入区设置第一操作数输入区、第二操作数输入区、确定控件、取指令控件、指令译码控件、取数据控件、加法计算控件和重置控件。
[0009]步骤2:中央处理器区的程序计数器区中预置指令地址，所述指令地址对应内存区的代码区的某一地址，用符号A表示。在内存区的代码区中地址A预置一条加法指令。
[0010]步骤3:在输入区的第一操作数输入区和第二操作数输入区分别输入两个十进制整数。
[0011 ]步骤4:点击确定控件，将第一操作数和第二操作数转换为二进制整数并在输入区显示;同时，将第一操作数和第二操作数的二进制整数在内存区的数据区显示。
[0012]步骤5:点击取指令控件，将中央处理器区的程序计数器区中预置的指令地址通过地址总线传输到内存区的地址寄存器区；然后从内存区的地址A取出所述加法指令显示在内存区的数据寄存器区;再将所述加法指令通过数据总线传输至中央处理器区的指令寄存器区。该步骤的数据移动过程通过箭头符号动画呈现。
[0013]步骤6:点击指令译码控件，所述中央处理器区的指令寄存器区中的加法指令中的前4位显示到中央处理器区的控制器区中。该步骤的数据复制过程通过动画呈现。
[0014]步骤7:点击取数据控件，所述中央处理器区的指令寄存器区中的加法指令中的第5位至第10位通过地址总线传输至内存区的地址寄存器区，所述加法指令中的第5位至第10位表示第一操作数在内存区的数据区的地址，用符号B表示;将内存区的数据区中地址B中的数据显示在内存区的数据寄存器区;将内存区的数据寄存器区中的数据通过数据总线传输至中央处理器区的第一通用寄存器区中。该步骤的数据移动过程通过箭头符号动画呈现。
[0015]步骤8:再点击取数据控件，所述中央处理器区的指令寄存器区中的加法指令中的第11位至第16位通过地址总线传输至内存区的地址寄存器区，所述加法指令中的第11位至第16位表示第二操作数在内存区的数据区的地址，用符号C表示;将内存区的数据区中地址C中的数据显示在内存区的数据寄存器区；将内存区的数据寄存器区中的数据通过数据总线传输至中央处理器区的第二通用寄存器区中。该步骤的数据移动过程通过箭头符号动画呈现。
[0016]步骤9:点击加法计算控件，将中央处理器区的第一通用寄存器区和第二通用寄存器区中的数据分别传输至算术逻辑单元，经过加法运算后，将结果显示在中央处理器区的第一通用寄存器区。同时，计算结果显示在输入区。该步骤的数据移动过程通过动画呈现。
[0017]通过上述步骤的操作，即可完成计算机指令执行过程的可视化。
[0018]有益效果
[0019]本发明提出的一种计算机指令执行过程的可视化方法，将显示页面分为内存区(RAM)、中央处理器区(CPU)、输入区和显示区，并对每个分区进一步细分，并通过动画演示将指令的执行过程在显示页面上实现可视化。本发明方法有利于计算机学习者更快的理解计算机指令的执行过程。
【附图说明】
[0020]图1为本发明【具体实施方式】中步骤2操作完成后的显示页面示意图；
[0021]图2为本发明【具体实施方式】中步骤4操作完成后的显示页面示意图；
[0022]图3为本发明【具体实施方式】中步骤5操作完成后的显示页面示意图；
[0023]图4为本发明【具体实施方式】中步骤6操作完成后的显示页面示意图；
[0024]图5为本发明【具体实施方式】中步骤7操作完成后的显示页面示意图；
[0025]图6为本发明【具体实施方式】中步骤8操作完成后的显示页面示意图；
[0026]图7为本发明【具体实施方式】中步骤9操作完成后的显示页面示意图。
【具体实施方式】
[0027]根据上述技术方案，下面结合附图和实施实例对本发明进行详细说明。
[0028]本实例中，采用本发明提出的计算机指令执行过程的可视化方法实现一条加法指令执行过程的虚拟交互实验展示，具体操作步骤如下:
[0029]步骤1:将显示页面分为内存区(RAM)、中央处理器区(CPU)、输入区和显示区。主机区分为内存区和硬盘区。在内存区和中央处理器区之间设置地址总线、控制总线和数据总线。在内存区中设置代码区、数据区、数据寄存器区、地址寄存器区。在中央处理器区设置程序计数器区、指令寄存器区、控制器区、第一通用寄存器区、第二通用寄存器区和算术逻辑单元。输入区设置第一操作数输入区、第二操作数输入区、确定控件、取指令控件、指令译码控件、取数据控件、加法计算控件和重置控件。
[0030]步骤2:中央处理器区的程序计数器区中预置指令地址:0000 0000 00001010。所述指令地址对应内存区的代码区的某一地址，用符号A表示。在内存区的代码区中地址A预置一条加法指令:0001 1101 0011 0110，如图1所示。
[0031]步骤3:在输入区的第一操作数输入区和第二操作数输入区分别输入两个十进制整数I和2。
[0032]步骤4:点击确定控件，将第一操作数和第二操作数转换为二进制整数并在输入区显示;同时，将第一操作数和第二操作数的二进制整数在内存区的数据区显示，如图2所示。
[0033]步骤5:点击取指令控件，将中央处理器区的程序计数器区中预置的指令地址通过地址总线传输到内存区的地址寄存器区；然后从内存区的地址A取出所述加法指令显示在内存区的数据寄存器区;再将所述加法指令通过数据总线传输至中央处理器区的指令寄存器区。该步骤的数据移动过程通过箭头符号动画呈现，如图3所示。
[0034]步骤6:点击指令译码控件，所述中央处理器区的指令寄存器区中的加法指令中的前4位显示到中央处理器区的控制器区中。该步骤的数据复制过程通过动画呈现，如图4所不O
[0035]步骤7:点击取数据控件，所述中央处理器区的指令寄存器区中的加法指令中的第5位至第10位通过地址总线传输至内存区的地址寄存器区，所述加法指令中的第5位至第10位表示第一操作数在内存区的数据区的地址，用符号B表示;将内存区的数据区中地址B中的数据显示在内存区的数据寄存器区;将内存区的数据寄存器区中的数据通过数据总线传输至中央处理器区的第一通用寄存器区中。该步骤的数据移动过程通过箭头符号动画呈现，如图5所示。
[0036]步骤8:再点击取数据控件，所述中央处理器区的指令寄存器区中的加法指令中的第11位至第16位通过地址总线传输至内存区的地址寄存器区，所述加法指令中的第11位至第16位表示第二操作数在内存区的数据区的地址，用符号C表示;将内存区的数据区中地址C中的数据显示在内存区的数据寄存器区；将内存区的数据寄存器区中的数据通过数据总线传输至中央处理器区的第二通用寄存器区中。该步骤的数据移动过程通过箭头符号动画呈现，如图6所示。
[0037]步骤9:点击加法计算控件，将中央处理器区的第一通用寄存器区和第二通用寄存器区中的数据分别传输至算术逻辑单元，经过加法运算后，将结果显示在中央处理器区的第一通用寄存器区。同时，计算结果显示在输入区。该步骤的数据移动过程通过动画呈现，如图7所示。
[0038]通过上述步骤的操作，即可完成计算机指令执行过程的可视化。
[0039]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种计算机指令执行过程的可视化方法，其特征在于:其具体操作步骤为: 步骤1:将显示页面分为内存区、中央处理器区、输入区和显示区；主机区分为内存区和硬盘区;在内存区和中央处理器区之间设置地址总线、控制总线和数据总线;在内存区中设置代码区、数据区、数据寄存器区、地址寄存器区；在中央处理器区设置程序计数器区、指令寄存器区、控制器区、第一通用寄存器区、第二通用寄存器区和算术逻辑单元;输入区设置第一操作数输入区、第二操作数输入区、确定控件、取指令控件、指令译码控件、取数据控件、加法计算控件和重置控件； 步骤2:中央处理器区的程序计数器区中预置指令地址，所述指令地址对应内存区的代码区的某一地址，用符号A表示;在内存区的代码区中地址A预置一条加法指令； 步骤3:在输入区的第一操作数输入区和第二操作数输入区分别输入两个十进制整数；步骤4:点击确定控件，将第一操作数和第二操作数转换为二进制整数并在输入区显示;同时，将第一操作数和第二操作数的二进制整数在内存区的数据区显示； 步骤5:点击取指令控件，将中央处理器区的程序计数器区中预置的指令地址通过地址总线传输到内存区的地址寄存器区；然后从内存区的地址A取出所述加法指令显示在内存区的数据寄存器区；再将所述加法指令通过数据总线传输至中央处理器区的指令寄存器区；该步骤的数据移动过程通过箭头符号动画呈现； 步骤6:点击指令译码控件，所述中央处理器区的指令寄存器区中的加法指令中的前4位显示到中央处理器区的控制器区中；该步骤的数据复制过程通过动画呈现； 步骤7:点击取数据控件，所述中央处理器区的指令寄存器区中的加法指令中的第5位至第10位通过地址总线传输至内存区的地址寄存器区，所述加法指令中的第5位至第10位表示第一操作数在内存区的数据区的地址，用符号B表示;将内存区的数据区中地址B中的数据显示在内存区的数据寄存器区；将内存区的数据寄存器区中的数据通过数据总线传输至中央处理器区的第一通用寄存器区中；该步骤的数据移动过程通过箭头符号动画呈现；步骤8:再点击取数据控件，所述中央处理器区的指令寄存器区中的加法指令中的第11位至第16位通过地址总线传输至内存区的地址寄存器区，所述加法指令中的第11位至第16位表示第二操作数在内存区的数据区的地址，用符号C表示;将内存区的数据区中地址C中的数据显示在内存区的数据寄存器区;将内存区的数据寄存器区中的数据通过数据总线传输至中央处理器区的第二通用寄存器区中；该步骤的数据移动过程通过箭头符号动画呈现； 步骤9:点击加法计算控件，将中央处理器区的第一通用寄存器区和第二通用寄存器区中的数据分别传输至算术逻辑单元，经过加法运算后，将结果显示在中央处理器区的第一通用寄存器区；同时，计算结果显示在输入区；该步骤的数据移动过程通过动画呈现；通过上述步骤的操作，即可完成计算机指令执行过程的可视化。
【文档编号】G06F9/44GK105930155SQ201610244997
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】李凤霞, 赵三元, 雷正朝, 刘永继, 张王成, 王清云
【申请人】北京理工大学