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  • 一条cpu指令执行过程

    千次阅读 2017-09-12 23:07:58
    计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令-----分析指令-----执行指令。 取指令的任务是:根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令,送到指令寄存器。 分析指令阶段的任务是:将指令寄存器中的...
    计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令-----分析指令-----执行指令。
    
    取指令的任务是:根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令,送到指令寄存器。
    
    分析指令阶段的任务是:将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码,分析其指令性质。如指令要求操作数,则寻找操作数地址。
    计算机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程,直至遇到停机指令可循环等待指令。
    
    一般计算机进行工作时,首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器,然后逐条取出执行。但单片机中的程序一般事先我们都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中。因而一开机即可执行指令。
    
    下面我们将举个实例来说明指令的执行过程:
    
    开机时,程序计算器PC变为0000H。然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。执行过程实际上就是取出指令(取出存储器中事先存放的指令阶段)和执行指令(分析和执行指令)的循环过程。
    
    例如执行指令:MOV A,#0E0H,其机器码为“74H E0H”,该指令的功能是把操作数E0H送入累加器,
    
    0000H单元中已存放74H,0001H单元中已存放E0H。当单片机开始运行时,首先是进入取指阶段,其次序是:
    1 程序计数器的内容(这时是0000H)送到地址寄存器;
    
    2 程序计数器的内容自动加1(变为0001H);
    
    3 地址寄存器的内容(0000H)通过内部地址总线送到存储器,以存储器中地址译码电跟,使地址为0000H的单元被选中;
    
    4 CPU使读控制线有效;
    
    5 在读命令控制下被选中存储器单元的内容(此时应为74H)送到内部数据总线上,因为是取指阶段,所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。至此,取指阶段完成,进入译码分析和执行指令阶段。
         由于本次进入指令寄存器中的内容是74H(操作码),以译码器译码后单片机就会知道该指令是要将一个数送到A累加器,而该数是在这个代码的下一个存储单元。所以,执行该指令还必须把数据(E0H)从存储器中取出送到CPU,即还要在存储器中取第二个字节。其过程与取指阶段很相似,只是此时PC已为0001H。指令译码器结合时序部件,产生74H操作码的微操作系列,使数字E0H从0001H单元取出。因为指令是要求把取得的数送到A累加器,所以取出的数字经内部数据总线进入A累加器,而不是进入指令寄存器。至此,一条指令的执行完毕。单片机中PC="0002H",PC在CPU每次向存储器取指或取数时自动加1,单片机又进入下一取指阶段。这一过程一直重复下去,直至收到暂停指令或循环等待指令暂停。CPU就是这样一条一条地执行指令,完成所有规定
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  • cpu执行指令的过程详解计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令-----分析指令-----执行指令。取指令的任务是:根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令,送到指令寄存器。分析指令阶段的任务是...

    cpu执行指令的过程详解

    计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令-----分析指令-----执行指令。

    取指令的任务是:根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令,送到指令寄存器。

    分析指令阶段的任务是:将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码,分析其指令性质。如指令要求操作数,则寻找操作数地址。

    计算机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程,直至遇到停机指令可循环等待指令。

    一般计算机进行工作时,首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器,然后逐条取出执行。但单片机中的程序一般事先我们都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中。因而一开机即可执行指令。

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    CPU指令执行流程图

    下面我们将举个实例来说明指令的执行过程:

    开机时,程序计算器PC变为0000H。然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。执行过程实际上就是取出指令(取出存储器中事先存放的指令阶段)和执行指令(分析和执行指令)的循环过程。

    例如执行指令:MOV A,#0E0H,其机器码为“74H E0H”,该指令的功能是把操作数E0H送入累加器,

    0000H单元中已存放74H,0001H单元中已存放E0H。当单片机开始运行时,首先是进入取指阶段,其次序是:

    1、程序计数器的内容(这时是0000H)送到地址寄存器;

    2、程序计数器的内容自动加1(变为0001H);

    3、地址寄存器的内容(0000H)通过内部地址总线送到存储器,以存储器中地址译码电跟,使地址为0000H的单元被选中;

    4、CPU使读控制线有效;

    5、在读命令控制下被选中存储器单元的内容(此时应为74H)送到内部数据总线上,因为是取指阶段,所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。至此,取指阶段完成,进入译码分析和执行指令阶段。

    由于本次进入指令寄存器中的内容是74H(操作码),以译码器译码后单片机就会知道该指令是要将一个数送到A累加器,而该数是在这个代码的下一个存储单元。所以,执行该指令还必须把数据(E0H)从存储器中取出送到CPU,即还要在存储器中取第二个字节。其过程与取指阶段很相似,只是此时PC已为0001H。指令译码器结合时序部件,产生74H操作码的微操作系列,使数字E0H从0001H单元取出。因为指令是要求把取得的数送到A累加器,所以取出的数字经内部数据总线进入A累加器,而不是进入指令寄存器。至此,一条指令的执行完毕。单片机中PC=“0002H”,PC在CPU每次向存储器取指或取数时自动加1,单片机又进入下一取指阶段。这一过程一直重复下去,直至收到暂停指令或循环等待指令暂停。CPU就是这样一条一条地执行指令,完成所有规定。

    cpu执行指令步骤详解

    1、第一步我们首先看一下cpu的内部结构,主要包括寄存器,控制器,ALU算数逻辑运算单元,控制器里面又含有操作控制器,计数器,寄存器等,如下图所示:

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    2、第二步我们了解了cpu的内部结构之后,就比较容易理解cpu是如何执行指令的,cpu执行指令主要分为5个阶段,从取指令,导进行指令译码,执行指令,访问主存,最后回写结果,具体cpu执行过程如下图所示:

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    3、第三步我们首先来看cpu执行指令的一、二阶段,cpu是怎么取指令和进行指令译码,将指令先从主存里面取出,然后放到寄存器,最后进行指令译码,这样就完成cpu执行指令的一、二阶段,具体如下图所示:

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    4、第四步cpu执行指令的三、四阶段,首先根据指令规定的操作,完成具体功能,最后访问主存,操作数,得到物理地址,就完成了执行指令和访问主存的三、四阶段,如下图所示:

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    5、第五步在cpu第四阶段访问主存的时候,需要得到物理地址,具体读写过程如下图所示:

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    6、第六步我们也可以看一下cpu是怎么读指令的,下面是cpu的工作原理,如下图所示:

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    7、第七步cpu执行指令进去到了第五个阶段,也是最后一个阶段回写结果,把第三阶段执行指令的运行结果数据回写到一种存储形式,cpu这样就成功执行完了一条指令,如下图所示

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  • 指令执行过程

    万次阅读 多人点赞 2018-10-28 23:25:31
      而控制器一般又包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑。更准确的说指令执行是由指令控制逻辑完成的,下面先看一下指令控制逻辑的组成。 指令控制逻辑的组成   1. 指令寄存器(IR)...

      CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线构成,我们知道运算器是用来完成运算的,而指令的执行就是在控制器中完成的。
      而控制器一般又包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑。更准确的说指令的执行是由指令控制逻辑完成的,下面先看一下指令控制逻辑的组成。

    指令控制逻辑的组成

      1. 指令寄存器(IR):用来暂存指令,当CPU执行指令时,先把它从内存取到缓冲寄存器中,再送入IR。然后指令译码器从IR中将指令取出来,进而分析指令。
      2. 程序计数器(PC):记住它保存的总是将要执行的下一条指令的地址即可。
      程序的执行分两种情况:顺序执行和转移执行,如果程序是按顺序执行的,那么程序计数器只需要简单的加1就可以了;但是如果遇到转移指令,下一条指令的地址会根据当前指令的地址加上一个向前或向后的转移位移量得到或者根据转移指令给出的直接转移的地址得到。
      3. 地址寄存器(AR):保存当前CPU所访问的内存单元地址。由于内存和CPU在操作速度上的差异,所以需要用AR保存地址信息,知道内存的读写操作完成为止。
      4. 指令译码器(ID):用来分析指令。指令包括操作码和地址码两部分,指令译码器就是对操作码字段进行分析解释,识别该指令规定的操作,向操作控制器发出控制信号,完成所需功能。

    指令的执行过程

      指令的执行需要完成取指令、分析指令和执行指令的操作,过程分为:取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址等。
      (1)在程序执行之前,会将程序的起始地址送入程序计数器中,该地址在程序加载到内存时确定,所以程序计数器中首先存的是程序第一条指令的地址。将该地址送往地址总线,完成取指操作。
      (2)取来的指令暂存到指令寄存器中。
      (3)指令译码器从指令寄存器中得到指令,分析指令的操作码和地址码。然后 CPU 根据分析的操作码知道该条指令要进行的操作,根据地址码找到需要的数据,完成指令的执行。
      (4)程序计数器加1或根据转移指令得到下一条指令的地址,接下来再进行下一条指令的执行,直到整个程序执行完成。

    后语

      以上只是本人的一点儿粗鄙理解,如果各位发现有什么不对的地方,请原谅我这个小白并请您及时指出,定不胜感激。

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  • 5.2 指令执行过程

    2020-10-11 11:21:17
    CPU从主存中每取出并执行一条指令所需的全部时间称为指令周期,即CPU完成一条指令的时间。 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(时钟周期也叫节拍) 取指周期中,指令字长等于两倍存储...

    5.2.1 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称为指令周期,即CPU完成一条指令的时间。
    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(时钟周期也叫节拍)
    取指周期中,指令字长等于两倍存储字长则一个指令周期包含2个机器周期
    指令字长一般情况下是存储字长的整数倍参考例题18
    在这里插入图片描述

    5.2.2 指令周期的数据流

    1.取指周期
    根据PC中的内容从主存中去除指令代码保存到IR中
    在这里插入图片描述
    2.间指周期
    取操作数有效地址
    在这里插入图片描述

    3.执行周期
    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,不同指令执行周期操作不同
    4.中断周期
    处理中断请求
    (1)保存断点
    (2)形成中断程序的入口地址由CU给出,直接写到PC中
    (3)硬件关中断
    (1)和(3)操作
    0->MAR 1->W
    PC->MDR
    MDR->M(MAR)
    在这里插入图片描述

    5.2.3 指令执行方案

    1.单指令周期
    指令串行执行,下一条指令只能在前一条指令执行结束后才启动。指令周期取决于最长的指令执行时间
    2.多指令周期
    对不同类型的指令选用不同执行步骤来完成
    3.流水线方案
    并行执行

    例题
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述
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    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

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空空如也

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