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基本概念
- 指令周期
取出并执行一条指令所需的全部时间 - 每条指令的周期不同
由于各指令的功能不同,他们的周期也是不尽相同的。
eg:
NOP(空操作):只有取指周期
ADD(加操作):指令周期有取指周期和执行周期两个阶段
- 具有间址寻址的指令周期
取指周期:把指令地址从内存中取出
间址周期:把操作数地址从内存中取出
执行周期:把操作数从内存中取出 - 指令周期流程
- CPU工作周期的标志
CPU访存有四种性质对应CPU的四个工作周期
- 取指令:取指周期
- 取地址:间址周期
- 存取操作数或者结果:执行周期
- 存程序断点:中断周期
指令周期的数据流
取指周期的数据流
取指周期从PC开始,因为PC知道要取的指令的内存单元的地址,PC要把地址传送给存储器,要先把地址传给MAR,再由MAR传给地址总线,再由地址总线传给存储器。CU把读操作这个控制信号送到控制总线上,再由控制总线送到存储器,存储器执行读操作,把相应的数据送到数据总线,数据总线再送到MDR,最后送到IR当中,此时,我们还要为取下一条指令做准备,要把下一条指令的地址保存在PC里,由CU控制PC进行PC+1操作,使PC指向下一条要取的指令的地址。这样一个完整的取值周期就完成了。(注意:这里的+1操作不是单纯的+1而是是加上下一条指令的地址)
间址周期的数据流
操作数所在的内存单元的地址IR和MDR中都有,所以间址周期可以从IR开始,也可以从MDR开始,假设从MDR开始,MDR会把操作数中的地址码部分发送给MAR,MAR会把地址送给地址总线,再由地址总线送给存储器,然后CU发出读操作,操作信号先送给控制总线,再由控制总线送到存储器当中,存储器完成读操作,把数据送到数据总线上,再由数据总线送到MDR当中,这个时候MDR才真正保存了我们所需要的操作数的真正的地址。
执行周期数据流
不同指令的执行周期数据流不同。
中断周期的数据流
因为CU知道程序断点应该保存在哪个位置,所以中断周期从CU开始,CU给出地址,把地址放进MAR中,MAR再送到地址总线,地址总线送到存储器,因为保存断点是一个写操作,所以CU会发出一个写命令,并把写命令送到控制总线,再由控制总线送到存储器,保存断点即返回到程序中断之后的那个位置,也即中断之后要执行的下一个命令地址,中断之后的下一条命令保存在PC当中,所以保存断点即保存当前PC的值,PC会把值送到MDR当中,MDR送到数据总线,数据总线再保存到存储器中。中断服务程序的入口地址是由CU给出,CU会把这个地址写入PC,中断服务程序的入口就给了PC,
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