cpu指令如何運(yùn)行的
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cpu指令運(yùn)行說(shuō)明一
計(jì)算機(jī)每執(zhí)行一條指令都可分為三個(gè)階段進(jìn)行。即取指令-----分析指令-----執(zhí)行指令。
取指令的任務(wù)是：根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC中的值從程序存儲(chǔ)器讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器。
分析指令階段的任務(wù)是：將指令寄存器中的指令操作碼取出后進(jìn)行譯碼，分析其指令性質(zhì)。如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。
計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程實(shí)際上就是逐條指令地重復(fù)上述操作過(guò)程，直至遇到停機(jī)指令可循環(huán)等待指令。
一般計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，首先要通過(guò)外部設(shè)備把程序和數(shù)據(jù)通過(guò)輸入接口電路和數(shù)據(jù)總線送入到存儲(chǔ)器，然后逐條取出執(zhí)行。但單片機(jī)中的程序一般事先我們都已通過(guò)寫(xiě)入器固化在片內(nèi)或片外程序存儲(chǔ)器中。因而一開(kāi)機(jī)即可執(zhí)行指令。
下面我們將舉個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明指令的執(zhí)行過(guò)程：
開(kāi)機(jī)時(shí)，程序計(jì)算器PC變?yōu)?000H。然后單片機(jī)在時(shí)序電路作用下自動(dòng)進(jìn)入執(zhí)行程序過(guò)程。執(zhí)行過(guò)程實(shí)際上就是取出指令(取出存儲(chǔ)器中事先存放的指令階段)和執(zhí)行指令(分析和執(zhí)行指令)的循環(huán)過(guò)程。
例如執(zhí)行指令：MOV A,#0E0H，其機(jī)器碼為“74H E0H”，該指令的功能是把操作數(shù)E0H送入累加器，
0000H單元中已存放74H，0001H單元中已存放E0H。當(dāng)單片機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先是進(jìn)入取指階段，其次序是：
1 程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容(這時(shí)是0000H)送到地址寄存器;
2 程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容自動(dòng)加1(變?yōu)?001H);
3 地址寄存器的內(nèi)容(0000H)通過(guò)內(nèi)部地址總線送到存儲(chǔ)器，以存儲(chǔ)器中地址譯碼電跟，使地址為0000H的單元被選中;
4 CPU使讀控制線有效;
5 在讀命令控制下被選中存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容(此時(shí)應(yīng)為74H)送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上，因?yàn)槭侨≈鸽A段，所以該內(nèi)容通過(guò)數(shù)據(jù)總線被送到指令寄存器。至此，取指階段完成，進(jìn)入譯碼分析和執(zhí)行指令階段。
由于本次進(jìn)入指令寄存器中的內(nèi)容是74H(操作碼)，以譯碼器譯碼后單片機(jī)就會(huì)知道該指令是要將一個(gè)數(shù)送到A累加器，而該數(shù)是在這個(gè)代碼的下一個(gè)存儲(chǔ)單元。所以，執(zhí)行該指令還必須把數(shù)據(jù)(E0H)從存儲(chǔ)器中取出送到CPU，即還要在存儲(chǔ)器中取第二個(gè)字節(jié)。其過(guò)程與取指階段很相似，只是此時(shí)PC已為0001H。指令譯碼器結(jié)合時(shí)序部件，產(chǎn)生74H操作碼的微操作系列，使數(shù)字E0H從0001H單元取出。因?yàn)橹噶钍且蟀讶〉玫臄?shù)送到A累加器，所以取出的數(shù)字經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線進(jìn)入A累加器，而不是進(jìn)入指令寄存器。至此，一條指令的執(zhí)行完畢。單片機(jī)中PC="0002H"，PC在CPU每次向存儲(chǔ)器取指或取數(shù)時(shí)自動(dòng)加1，單片機(jī)又進(jìn)入下一取指階段。這一過(guò)程一直重復(fù)下去，直至收到暫停指令或循環(huán)等待指令暫停。CPU就是這樣一條一條地執(zhí)行指令，完成所有規(guī)定
cpu指令運(yùn)行說(shuō)明二
首先，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為控制單元，邏輯運(yùn)算單元和存儲(chǔ)單元(包括內(nèi)部總線及緩沖器)三大部分。CPU的工作原理就像一個(gè)工廠對(duì)產(chǎn)品的加工過(guò)程:進(jìn)入工廠的原料(程序指令)，經(jīng)過(guò)物資分配部門(控制單元)的調(diào)度分配，被送往生產(chǎn)線(邏輯運(yùn)算單元)，生產(chǎn)出成品(處理后的數(shù)據(jù))后，再存儲(chǔ)在倉(cāng)庫(kù)(存儲(chǔ)單元)中
最后等著拿到市場(chǎng)上去賣(交由應(yīng)用程序使用)。在這個(gè)過(guò)程中，我們注意到從控制單元開(kāi)始，CPU就開(kāi)始了正式的工作，中間的過(guò)程是通過(guò)邏輯運(yùn)算單元來(lái)進(jìn)行運(yùn)算處理，交到存儲(chǔ)單元代表工作的結(jié)束。 我們知道，數(shù)據(jù)從輸入設(shè)備流經(jīng)內(nèi)存，等待CPU的處理，這些將要處理的信息是按字節(jié)存儲(chǔ)的，也就是以8位二進(jìn)制數(shù)或8比特為1個(gè)單元存儲(chǔ)，這些信息可以是數(shù)據(jù)或指令。數(shù)據(jù)可以是二進(jìn)制表示的字符、數(shù)字或顏色等等。而指令告訴CPU對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行哪些操作，比如完成加法、減法或移位運(yùn)算。 我們假設(shè)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是最簡(jiǎn)單的原始數(shù)據(jù)。首先，指令指針(InstructionPointer)會(huì)通知CPU，將要執(zhí)行的指令放置在內(nèi)存中的存儲(chǔ)位置。
因?yàn)閮?nèi)存中的每個(gè)存儲(chǔ)單元都有編號(hào)(稱為地址)，可以根據(jù)這些地址把數(shù)據(jù)取出，通過(guò)地址總線送到控制單元中，指令譯碼器從指令寄存器IR中拿來(lái)指令，翻譯成CPU可以執(zhí)行的形式，然后決定完成該指令需要哪些必要的操作，它將告訴算術(shù)邏輯單元(ALU)什么時(shí)候計(jì)算，告訴指令讀取器什么時(shí)候獲取數(shù)值，告訴指令譯碼器什么時(shí)候翻譯指令等等。
假如數(shù)據(jù)被送往算術(shù)邏輯單元，數(shù)據(jù)將會(huì)執(zhí)行指令中規(guī)定的算術(shù)運(yùn)算和其他各種運(yùn)算。當(dāng)數(shù)據(jù)處理完畢后，將回到寄存器中，通過(guò)不同的指令將數(shù)據(jù)繼續(xù)運(yùn)行或者通過(guò)DB總線送到數(shù)據(jù)緩存器中。 基本上，CPU就是這樣去執(zhí)行讀出數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和往內(nèi)存寫(xiě)數(shù)據(jù)3項(xiàng)基本工作。
但在通常情況下，一條指令可以包含按明確順序執(zhí)行的許多操作，CPU的工作就是執(zhí)行這些指令，完成一條指令后，CPU的控制單元又將告訴指令讀取器從內(nèi)存中讀取下一條指令來(lái)執(zhí)行。這個(gè)過(guò)程不斷快速地重復(fù)，快速地執(zhí)行一條又一條指令，產(chǎn)生你在顯示器上所看到的結(jié)果。我們很容易想到，在處理這么多指令和數(shù)據(jù)的同時(shí)，由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移時(shí)差和CPU處理時(shí)差，肯定會(huì)出現(xiàn)混亂處理的情況。為了保證每個(gè)操作準(zhǔn)時(shí)發(fā)生，CPU需要一個(gè)時(shí)鐘，時(shí)鐘控制著CPU所執(zhí)行的每一個(gè)動(dòng)作。時(shí)鐘就像一個(gè)節(jié)拍器，它不停地發(fā)出脈沖，決定CPU的步調(diào)和處理時(shí)間，這就是我們所熟悉的CPU的標(biāo)稱速度，也稱為主頻。主頻數(shù)值越高，表明CPU的工作速度越快。
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