指令系统、中断的一些概念总结

计算机组成真的好难，考试要考，看一看视频，做个简单总结，以备不时之需。看的是mooc刘宏伟老师的课课程链接

指令：CPU能够识别执行的就是指令
指令格式应该既能给出足够的信息，其长度又尽可能的与机器字长匹配，以便节省存储空间，缩短取指时间，提高机器的性能

操作码：不仅告诉机器做什么，还告诉机器对哪些数据进行操作，操作码的长度是可以是固定的也可以变化的，固定是为了更好的译码，不固定我猜是为了扩大寻址范围，且听我慢慢道来

操作码

有几个A就是第N地址
如果是固定长度的话，4位操作码，三地址指令，可以保存2^4也就是16个三地址指令，但是要-1是15个三地址指令，最后一位要保留一下因为后面也要保存二地址指令，1111这个就保留下来给二地址指令了。

二地址指令，8位操作码了，可以看到1111作为保存地址，1111是开头，后面还是2^4个二地址指令，一地址指令和零地址依次类推

注：为什么要保留一个指令，我直接使用不行嘛？我个人认为是因为A1或A2或A3是地址码里面本身也保存着01二进制，如果不用一个特殊的作为开头，译码器也不知道这是一个三地址指令还是一个二地址指令。

三地址再多保留一位，二地址指令就能多2^4个了

地址码

这是四地址，实际上取下一条指令是用PC来取的，每一个地址码决定了寻址的范围、访存的次数。

减少一个操作数地址，寻址范围就增大，下图是让PC来取下一条指令，可以看到寻址范围明显变大了

又减少一个地址码，寻址范围再次增大，一开始相当于int a3 = a1 + a2;现在是a1 += a2;

在寄存器中选一个数做操作，又可以减少一个指令，增大寻址的范围

指令的字长取决于

• 操作码的长度
• 地址码的个数
• 地址码的长度

最后的总结

操作数

操作数又是个啥东西？

操作数可以是

• 地址，无符号数（绝对地址），有符号数（相对地址）
• 数字
• 字符
• 逻辑数

完成一条指令的4个周期

• 取指周期
• 间址周期
• 执行周期
• 中断周期
  并不是每条指令都有这个周期，比如非访存的指令或者不是间址寻址的方式，或者没有中断信号，可能只有2个周期。

举个例子说下执行周期，是访存指令，add操作

IR（指令寄存器）告诉MAR（地址寄存器）X的内存地址，CU（控制单元）发出R（读操作），就去内存中读这个，读到里面的操作数就返回给MDR（数据寄存器），ACC（累加寄存器）加上这个数再给ACC，相当于 acc += x;

微程序控制的基本概念

微操作还是以加法指令为例子，加法指令有4步（取指令、计算地址、取数、加法运算），这4步就是4个微操作，一步就是一个微操作

微指令多个微操作就是一个微指令，比如取指令和计算地址他俩假设可以合并成一个东西，我们称这个东西为微指令。相当于部分微操作的集合

微程序多个微指令集合构成的东西，我们称之为微程序

控制存储器微程序存放在专用的存储器中（一般是ROM中），主要存放控制命令与下一条执行微指令地址。

注意尽管ROM还是叫只读存储器，但是现在不只可读还可写呢，以前的ROM是叫只可读存储器，随着技术的发展，出现了PROM（可编程只读存储器），EPROM（可擦可编程只读存储器），等等…

中断

中断是由I/O设备或其他非预期的急需处理的事件引起的，它使CPU暂时中断现在正在执行的程序，而转至另一服务程序去处理这些事件。

中断源引起中断的事件，即发出的中断请求的来源，称为中断源

中断优先权多个中断，根据中断优先级来判断先响应那个。

禁止中断产生中断源后，由于某种条件的存在，CPU不能中止现行程序的执行，称为禁止中断。我的理解：比如在执行一条指令的时候，这条指令必须执行完才能再去执行下一条指令或者响应中断，这个时候就要禁止中断了。

中断屏蔽
产生中断请求后，用程序方式有选择的封锁部分中断，而允许其余部分中断仍得到响应，称为中断屏蔽

中断有优先级，中断的优先级（响应优先级）不可能改变，那如何保证优先级呢？通过处理优先级的方法来改变谁先执行，这不就相当于了屏蔽了一些中断请求嘛。

中断向量
产生了中断，要去执行产生中断源的指令，咋执行啊？要有一个入口地址吧，这个地址称为中断服务程序入口地址啊。怎么找这个入口地址呀？根据中断向量地址找到中断服务程序的入口地址

多重中断
有A B C D优先级，假设A最高D最低，优先级从左到右依次递减，D来了执行D中断，这时候A也来了，D中断中断，执行A

关中断
硬件自动实现的。因为要保护断点和现场，在保护现场中，即使有更高级的中断源申请中断，CPU也不应该响应的。不然断点和现场保存不恢复，执行完中断以后，中断之前的那个程序还咋跑啊，所以关中断是有必要的。

开中断
关完了中断，保存完断点和现场之后当然要去打开了去执行中断服务程序啦，按照中断优先级来进行服务

断点
再处理完中断服务程序之后要正确的返回中断点，要把当前的PC（已经保存的是运行程序的下一条指令了）中的内容（断点）保存起来

现场
要保存寄存器的内容、程序状态字、中断屏蔽寄存器

中断流程图，如图所示