计算机指令执行的过程

寻光 2019-12-01 指令系统控制器运算器

# 指令

# 计算机指令的形式

其中操作码字段指明指令要完成什么操作，操作码的位数可以决定机器可以执行多少种操作。地址码部分放的是操作数或者是操作数的地址。

地址码可以分为三地址指令，二地址指令，一地址指令和零地址指令。

# 三地址指令

地址1操作地址2并将结果保存在地址3。

# 二地址指令

地址1操作地址2并将结果保存在1或者2

# 一地址指令

自己对自己进行某种操作并将结果保存在自己的“内存”上。比如自增，自减。

# 零地址指令

就是没有地址字段的指令，通常是计算机中一些极其重要的特殊操作。如中断，停机，空操作等等。

# 机器指令的操作类型

# 数据传输

此类型指令主要负责数据在内存，外存，cache间的消息传递，以及对数据进行读写。

# 算数逻辑操作

此类型指令负责对操作数进行四则运算和逻辑运算（注意没有移位运算）

# 移位操作

此类型主要对操作数进行左移操作(乘2)和右移操作(除2)。

# 控制指令

大部分都是零地址指令。如中断，停机，等待，空操作等等。

# 机器指令的寻址方式

就是指令要通过什么方式获取到自己所需要的操作数。

# 指令寻址

根据指令的具体内容来寻址，主要是为了找到下一条要执行的指令。主要有两种表现形式，一种是顺序执行，一种是跳跃执行。正常情况会从101开始执行，但当执行到JMP指令的时候便会跳转到102。

# 数据寻址

主要是为了找到本条指令所需要的操作数。

# 立即寻址

指令直接获得操作数，无需访问存储器。

# 直接寻址

指令中直接给出操作数在主存中的地址。

# 间接寻址

指令中给出的是操作数地址的地址。也就意味着要访问多次才能获取到操作数。

# 三种方式对比

# 控制器

cpu中的控制器主要是用来协调和控制计算机运行的。

# 时序发生器

主要应用于电气工程领域，用来发送时序脉冲。 cpu会根据不同的时序脉冲进行有规律的工作。

# 指令译码器

用来翻译操作码对应的操作数以及控制传输地址码的数据。

# 寄存器

# 程序计数器

有时也被称之为指令地址寄存器，存储下一条指令的地址，可以用来缓存将要运行的指令地址。

# 指令寄存器

注意区分程序计数器，用于临时存储从主存或高速缓存中的指令。

# 主存地址寄存器

连接地址总线，用来寄存当前cpu正要访问的内存单元的地址。

# 主存数据寄存器

连接数据总线，用来寄存当前cpu正要读或写的内存单元的数据。

# 通用寄存器

容量比专用的寄存器要大一些，用来存一指令，ALU的运算结果啥的。

# 运算器

用来对数据进行运算加工。

# 数据缓冲器

分为输入缓冲和输出缓冲。输入缓冲用来暂存将要参与运算的数据。输出缓冲用来暂存运算完的结果。

# ALU

算数逻辑单元，用来进行位运算，逻辑运算以及算数运算。

# 状态字寄存器

用来存放运算状态(进位，溢出，正负等等)和运算控制信息。