5.2 指令执行过程

1.指令周期

==区分：指令周期，机器周期，时间周期==

  • 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。【一个指令周期 = x个机器周期】

  • 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call：==CPU周期==。

    • image-20260302105906572image-20260302145639865

  • 时间周期：即节拍，==是CPU的最基本操作单位。==

    • 时间周期是CPU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（当机器周期不定长的情况下）。==

  • **==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。

2.指令完整(四个)周期 – 的数据流情况⭐

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，==取操作数的有效地址==。

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。

3.指令执行方案(3)

  • 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。（一段时间后）多条指令**==同步执行==**，但各自处在不同的执行步骤中。
    • 要点：CPU 内部将数据通路划分为多个级。

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。
  • CPU只有在确定取出的是指令后，才会将其操作码送去译码，因此不能根据译码的结果区分指令和数据。