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  • 指令周期常用若干机器周期来表示,一个机器周期又包含若干时钟周期。 机器周期 一个机器周期包含若干时钟周期 时钟周期 时钟周期是最小的单位,是电脑主频的倒数 指令周期的数据流 指令周期中分为取指令的机器周期、...

    指令的概念

    指令(又称为“机器指令”) 是指示计算机执行某种操作的命令,是计算机运行的最小功能单位。

    分为 操作码 和 地址码

    指令周期

    CPU从主存中取出并执行一条机器指令的时间称为指令周期。 不同机器指令的指令周期可能不同。指令周期常用若干机器周期来表示,一个机器周期又包含若干时钟周期

    机器周期

    一个机器周期包含若干时钟周期

    时钟周期

    时钟周期是最小的单位,是电脑主频的倒数

    指令周期的数据流

    指令周期中分为取指令的机器周期、取有效地址的机器周期、执行指令的机器周期!!!

    微操作

    微操作是计算机中最基本的、不可再分解的操作。在微程序控制的计算机中,将控制部件向执行部件发出的各种控制命令成为微命令

    微指令

    微指令是若干微命令的集合。

    微程序

    一条机器指令对应一个微程序,其中有取指令的操作、间址周期内有取操作数的操作、执行周期内有执行的操作,中断周期内有响应中断的操作。这些操作中如果拆解成一个一个的微操作命令。其中相容的微操作可以组合在一块,形成一个微指令。不能相容的操作就只能单独作为一个微指令了,这样一个一个的微指令组合在一块就是一个微程序了。

    相当于一个机器周期内的操作你可以组合成一个微指令

    不过,取指令这个操作是公共的,可以单独提取出来作为一个微程序!

    因此如果指令系统中具有n中机器指令,则控制存储器中的微程序数量至少是n+1个

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  • 一个机器周期又包含若干时钟周期(也称为节拍、T周期或CPU时钟周期,它是CPU操作的最基本单位)。 每个指令周期内机器周期数可以不等,每个机器周期内的节拍数也可以不等。如下图可分为定长的机器周期与不定

    指令周期

    指令周期:CPU从主存中每取出并执行一条指令所需的全部时间。
    指令周期常常用若干机器周期来表示,机器周期又叫CPU周期

    一个机器周期又包含若干时钟周期(也称为节拍、T周期或CPU时钟周期,它是CPU操作的最基本单位)。

    每个指令周期内机器周期数可以不等,每个机器周期内的节拍数也可以不等。如下图可分为定长的机器周期与不定长的机器周期。
    CLK:时钟脉冲
    在这里插入图片描述

    几种常见的指令周期

    每个指令周期内机器周期数可以不等,每个机器周期内的节拍数也可以不等。

    在这里插入图片描述

    指令周期流程

    在这里插入图片描述
    四个工作周期都有CPU访存操作,只是访存的目的不同。

    1. 取指周期是为了取指令
    2. 间址周期是为了取有效地址
    3. 执行周期是为了取操作数
    4. 中断周期是为了保存程序断点。

    这四个周期在计算机内部是用触发器控制的

    触发器,可以存放1个二进制位。

    CLK(时钟脉冲)通过判断四个触发器的状态来判断该指令执行的是哪个周期。具体状态判断如下图
    在这里插入图片描述

    指令周期的数据流

    取指周期

    取指周期步骤:

    1. 当前指令地址送至存储器地址寄存器,
      记做:(PC) → MAR
    2. 将MAR所指主存中的内容经数据总线
      送入MDR,记做:M(MAR) → MDR
    3. CU发出控制信号,经控制总线传到主
      存,这里是读信号,记做:1 → R
    4. 将MDR中的内容(此时是指令)送入IR,
      记做:(MDR) → IR
    5. CU发出控制信号,形成下一条指令地
      址,记做:(PC)+1 → PC

    具体数据流向图如下图所示:
    在这里插入图片描述

    间址周期

    间址周期步骤:

    1. 将指令的地址码送入MAR,
      记做:Ad(IR) → MAR
      Ad(MDR) → MAR
    2. CU发出控制信号,启动主存做读操作,
      记做:1 → R
    3. 将MAR所指主存中的内容经数据总线
      送入MDR,记做:M(MAR) → MDR
    4. 将有效地址送至指令的地址码字段,
      记做:(MDR)→ Ad(IR)

    具体数据流向图如下图所示:
    在这里插入图片描述

    执行周期

    执行周期的任务是根据IR中的指令字的操作码和操作数通过ALU操作产生执行结果。

    不同指令的执行周期操作不同,因此没有统一的数据流向。

    中断周期

    中断:暂停当前任务去完成其他任务。

    为了能够恢复当前任务,需要保存断点
    一般使用堆栈来保存断点,这里用SP表示栈顶地址,假设SP指向栈顶元素,进栈操作是先修改指针后存入数据

    中断周期步骤:

    1. CU控制将SP减1,修改后的地址送入MAR
      记做: (SP)-1 → SP(SP) → MAR
      本质上是将断点存入某个存储单元,假设其
      地址为a,故可记做:a → MAR

    2. CU发出控制信号,启动主存做写操作,
      记做:1 → W

    3. 将断点(PC内容) 送入MDR,
      记做:(PC) → MDR

    4. CU控制将中断服务程序的入口地址
      (由向量地址形成部件产生)送入PC,
      记做:向量地址→ PC

    具体数据流向图如下图所示:
    在这里插入图片描述

    指令执行方案

    一个指令周期通常要包括几个时间段(执行步骤),每个步骤完成指令的一部分功能,几个依次执行的步骤完成这条指令的全部功能。

    方案1.单指令周期

    对所有指令都选用相同的执行时间来完成 。

    指令之间串行执行;

    指令周期取决于执行时间最长的指令的执行时间。

    缺点:

    对于那些本来可以在更短时间内完成的指令,要
    使用这个较长的周期来完成,会降低整个系统的
    运行速度。

    方案2.多指令周期

    对不同类型的指令选用不同的执行步骤来完成 。

    指令之间串行执行;

    可选用不同个数的时钟周期来完成不同指令的执行过程 。

    缺点:

    需要更复杂的硬件设计。

    方案3.流水线方案

    在每一个时钟周期启动一条指令,尽量让多条指令同时运行,但各自处在不同的执行步骤中 。

    指令之间并行执行

    例如这个样子
    在这里插入图片描述

    本章小结

    在这里插入图片描述

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  • ARM Cortex-M

    2019-09-30 15:02:54
    振荡周期、时钟周期、机器周期、指令周期 一个机器周期包含12个振荡周期...(2)时钟周期 时钟周期又称作状态周期或状态时间S,它是振荡周期的两倍,分为P1节拍和P2节拍,通常在P1节拍完成算术逻辑操作,在P2节拍...

    振荡周期、时钟周期、机器周期、指令周期

    一个机器周期包含12个振荡周期或6个时钟周期

    指令的执行时间称作指令周期单、双、四周期


    (1)振荡周期
           振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期或外部输入时钟的周期。


    (2)时钟周期
           时钟周期又称作状态周期或状态时间S,它是振荡周期的两倍,分为P1节拍和P2节拍,通常在P1节拍完成算术逻辑操作,在P2节拍完成内部寄存器之间的数据传送操作。(注意P1 和P2的相位关系 )


    (3)机器周期
           一个机器周期由6个状态组成,如果把一条指令的执行过程分作几个基本操作,则将完成一个基本操作所需的时间称作机器周期。单片机的单周期指令执行时间就为一个机器周期。


    (4)指令周期
       指令周期是执行一条指令所需的全部时间。MCS-51单片机的指令周期通常由1、2、4个机器周期组成。

     

    例:若晶振频率为Fosc=12MHz,有Tosc=1/12µS,振荡周期,时钟周期,ALE,机器周期分别为多少?
    有:
    振荡周期:                    Tosc=1/Fosc=1/12µS
    时钟(状态、S)周期:S     =2Tosc=1/6µS
    ALE(地址锁存):      ALE =6Tosc=1/2µS
    机器周期:                            =12Tosc=1µS

    转载于:https://www.cnblogs.com/AlwaysOnLines/p/3838372.html

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  • 51的时钟总线

    2017-12-05 15:13:40
    这就要说51单片机内部的几个周期了:振荡周期、时钟周期、机器周期、指令周期。 振荡周期:是指为单片机提供定时信号的振荡源的周期或外部输入时钟的周期,例如外部晶振12M。 时钟周期:称作状态周期或状态时间S...

    51选择12MHz的晶振作为时钟源呢有什么好处?

    这就要说51单片机内部的几个周期了:振荡周期、时钟周期、机器周期、指令周期

    振荡周期:是指为单片机提供定时信号的振荡源的周期或外部输入时钟的周期,例如外部晶振1/(12M)。

    时钟周期:又称作状态周期或状态时间S,它是振荡周期的两倍,分为P1节拍和P2节拍,通常在P1节拍完成算术逻辑操作,在P2节拍完成内部寄存器之间的数据传送操作。(注意P1 和P2的相位关系 )

    机器周期:一个机器周期由6个状态组成,如果把一条指令的执行过程分作几个基本操作,则将完成一个基本操作所需的时间称作机器周期。单片机的单周期指令执行时间就为一个机器周期。

    指令周期:是执行一条指令所需的全部时间。MCS-51单片机的指令周期通常由1、2、4个机器周期组成。

    对于12MHz的晶振,提供了12M的振荡周期,6M的时钟周期,1M的机器周期。所以此时51单片机的单指令周期为(1/1M)s=1us.这个1us有什么好处呢?后面大家会知道单片机应用中会有各种各样的时序,很多时候需要用一小段程序延时来达到时序要求,而1us的单指令周期比较方便计算延时时间以及确定每条语句的执行时间。应该明确的是单片机执行每条语句用的时间是非常确定的,是1us就是1us不会多一点也不会少一点。


    参考文章:https://www.cnblogs.com/caolinsummer/p/5553517.html

    http://www.21ic.com/jichuzhishi/mcu/shixu/2017-05-22/720811.html




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  • Android so文件

    2018-09-17 15:29:00
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