初识中央处理器CPU_cpu总线架构-程序员宅基地

为了能够保证程序能够持续不断地执行，CPU必须采取程序计数器这一手段，通常程序计数器又称为指令计数器。在程序开始前，必须将它的起始地址，及程序的第一条指令的所在内存单元的地址送入PC。当执行指令时CPU会自动修改PC的内容，使其保存的总是将要执行的下一条指令地址。但是要注意JUMP类指令取出时，PC仍是先加1，因为此时JUMP指令还未执行，当加1后再执行跳转命令。因此程序计数器是具有寄存信息和计数两种功能。

指令寄存器(IR):

指令寄存器用来保存当前正在执行的指令（内容不可变），当执行一条指令时，先把它从内存取到数据缓冲寄存器中，然后传至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段,是以二进制形式存储。为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试，以便识别所要求的操作。指令译码器就是做这项工作的。指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。操作码一经译码后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。

存储器数据寄存器(MDR):

主存数据寄存器(MDR)，与主存地址寄存器(MAR)帮助完成CPU和主存储器之间的通信，MDR暂存要被写入地址单元或者从地址单元读出的数据。即暂存从主存读入一条指令或数字，反之，写入前也要有MDR暂存。

存储器地址寄存器(MAR):

主要用于存放将被访问的存储单元的地址。

三、执行指令的过程

1.指令周期的基本概念

CPU从主存中每取出并执行一条指令所需的全部时间。

通常指令周期常常用若干机器周期来表示，机器周期又称CPU周期，

而一个机器周期又包含若干时钟周期(也称节拍、T周期、或CPU时钟周期，它是CPU操作的基本单位)

2.完整的指令周期流程

不同指令的指令周期不同:

3.数据通路

4.指令周期的数据信息流

4.1取指周期数据信息流

1.(PC)MAR
将要执行指令的地址放到地址缓冲寄存器
2.1R
发出读命令(固定写法)，但是这个也可以不写，
3.M(MAR)MDR
将要执行的指令从存储器中读到数据缓冲寄存器，其中(MAR)表示地址缓冲寄存器中的内容，所以M(MAR)就表示在主存中此地址的内容，即欲执行指令本身.
4.(MDR)IR
将要执行的指令打入指令寄存器.
5.OP(IR)CU也写作OP(PC)CU
(IR)表示指令本身，OP(IR)表示指令的操作码，AD(IR)表示指令的地址码.
6.(PC)+1PC
形成下一条指令的地址.

4.2简址周期数据信息流

AD(IR)→MAR
将指令字中的地址码（形式地址）打入地址缓冲寄存器.
1→R
发出读命令.
M(MAR)→MDR
形成下一条指令地址.

4.3执行周期数据信息流

不同指令的执行周期不同，没有统一的数据流向。

4.4中断周期数据信息流

中断:暂停当前任务去完成其他任务。

1.CU控制将SP减1，修改后的地址送入MAR.

记作:(SP)-1 -> SP,(SP) ->MAR

2.CU发出控制信号，启动主存做写操作.

记作:1 -> W

3.将断点(PC内容)送入MDR.

记作:(PC) -> MDR

4.CU控制将中断服务程序的入口地址

(由向量地址形成部件产生)送入PC.

记作:向量地址 -> PC

本文链接：https://blog.csdn.net/weixin_64443786/article/details/130452317

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