cpu周期与指令周期_cpu时钟周期数怎么计算

cpu周期与指令周期_cpu时钟周期数怎么计算计算机中我们常常会混淆指令周期、CPU周期和时钟周期,要区分这些并不难,但要想彻底弄懂这些,就得要求我们对CPU底层有一定了解。一.指令周期指令周期:是指计算机从取指到指令执行完毕的时间计算机执行指令的过程可以分为以下三个步骤:Fetch(取指),也就是从PC寄存器里找到对应的指令地址,根据指令地址从内存里把具体的指令,加载到指令寄存器中,然后把PC寄存器自增,好在未来执行下一条指令。 Decode(译码),也就是根据指令寄存器里面的指令,解析成要进行什么样的操作,是R、I、J

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计算机中我们常常会混淆指令周期、CPU周期和时钟周期,要区分这些并不难,但要想彻底弄懂这些,就得要求我们对CPU底层有一定了解。

一.指令周期

指令周期:是指计算机从取指到指令执行完毕的时间

计算机执行指令的过程可以分为以下三个步骤:

  1. Fetch(取指),也就是从 PC 寄存器里找到对应的指令地址,根据指令地址从内存里把具体的指令,加载到指令寄存器中,然后把 PC 寄存器自增,好在未来执行下一条指令。
  2. Decode(译码),也就是根据指令寄存器里面的指令,解析成要进行什么样的操作,是 R、I、J 中的哪一种指令,具体要操作哪些寄存器、数据或者内存地址。
  3. Execute(执行指令),也就是实际运行对应的 R、I、J 这些特定的指令,进行算术逻辑操作、数据传输或者直接的地址跳转。

在取指令的阶段,我们的指令是放在存储器(也就是内存)里的,实际上,通过 PC 寄存器指令寄存器取出指令的过程,是由控制器(Control Unit)操作的。指令的解码过程,也是由控制器进行的。一旦到了执行指令阶段,无论是进行算术操作、逻辑操作的 R 型指令,还是进行数据传输、条件分支的 I 型指令,都是由算术逻辑单元(ALU)操作的,也就是由运算器处理的。不过,如果是一个简单的无条件地址跳转,那么我们可以直接在控制器里面完成,不需要用到运算器。

 

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指令生命周期

二. CPU周期

CPU周期亦称机器周期,在计算机中,为了便于管理,常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段,每一阶段完成一项工作。

例如,取指令、存储器读、存储器写等,这每一项工作称为一个基本操作注意:每一个基本操作都是由若干CPU最基本的动作组成)。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。

三. 时钟周期

时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟频率倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作

四. 周期之间的关系

指令周期(Instruction Cycle):取出并执行一条指令的时间。

CPU周期:一条指令执行过程被划分为若干阶段,每一阶段完成所需时间。

时钟周期(Clock Cycle):又称震荡周期,是处理操作的最基本单位。

对于一个指令周期来说,我们取出一条指令,然后执行它,至少需要两个 CPU 周期。取出指令至少需要一个 CPU 周期,执行至少也需要一个 CPU 周期,复杂的指令则需要更多的 CPU 周期。而一个CPU周期是若干时钟周期之和。

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周期之间关系

所以,我们说一个指令周期,包含多个 CPU 周期,而一个 CPU 周期包含多个时钟周期。

本文是《深入浅出计算机组成原理》学习笔记

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