中央处理器 —— 指令执行过程

本文深入解析CPU指令执行过程,包括指令周期的定义、取指、间址、执行和中断周期的详细步骤,以及指令执行的三种方案:单指令周期、多指令周期和流水线方案,阐述了指令执行的串行与并行方式。

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一、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。

机器周期:通常把通过一次总线事务访问一次主存或I/O的时间定为一个机器周期,机器周期可视为所有指令执行过程中的一个基准时间。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。

时钟周期:用时钟信号控制节拍发生器,可以产生节拍,每个节拍的宽度正好对应一个时钟周期。在每个节拍内机器可完成一个或几个需同时执行的操作。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)。

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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。
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二、指令周期流程

为了区别不同的工作周期,在CPU内设置4个标志触发器 FE、IND、EX 和 INT,它们分别对应取址、间址、执行和中断周期,并以 “1” 状态表示有效。

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(1)取指周期

取指周期的任务是根据PC中的内容从主存中取出指令代码并存放在IR中。取指周期结束后,MAR存放指令的地址,MDR存放指

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