计组-5.2 指令执行过程

指令执行过程

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：==指令有多少步，就有几个机器周期。==分为 定长机器周期 和 不定长机器周期。又callCPU周期。

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• 时间周期：即节拍，是CPU的最基本操作单位。

  • ==时间周期是出厂设定好的（主频倒数），但是不同的CPU的时间周期有长有短。==

• 每个指令周期内的机器数可以不等，每个机器周期内的节拍数也可以不等。

• 指令完整周期：取值 – （间址） – 执行 – （中断）周期。 四个工作周期都可以有CPU访存的操作。

  • CPU区分指令/数据的依据是：指令周期的不同阶段

指令完整周期 / 数据流情况

取址周期：根据PC的内容从主存储器取出指令并放到IR中

间址周期：根据IR中指令的地址码，取操作数有效地址

执行周期：根据指令的操作码和操作数，进行处理

中断周期：保存断点，处理中断请求

指令执行方案

• 单指令周期：所有指令执行时间相同，都是一个时钟周期。==（时间周期长）==

  • 时钟周期depend on最长的指令【在出厂适合被设定好的了】（eg空指令和间接寻址指令时间一样）。

• 多指令周期：根据指令的不同，用不同个数（≥2）时间周期完成。指令串行执行（同单）。硬件设计复杂。==（时间周期短）==

• 指令流水线：

  • 在每个节拍（时钟周期）启动一条指令。（慢慢地）多条指令同步执行，但各自处在不同的执行步骤中。
  • core：CPU 内部将数据通路划分为多个级。
  • 可以提高各个部件利用效率。

其他：

• DMA：Direct Memory Access（直接存储器访问）。数据直接从外存→内存，无需CPU。