计算机组成原理之指令周期[通俗易懂]

指令周期

• 基本概念
• 指令周期的数据流
• • 取指周期的数据流
  • 间址周期的数据流
  • 执行周期数据流
  • 中断周期的数据流

基本概念

1. 指令周期 取出并执行一条指令所需的全部时间
2. 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

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ADD（加操作）：指令周期有取指周期和执行周期两个阶段

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1. 具有间址寻址的指令周期

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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

1. 指令周期流程

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1. 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

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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

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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

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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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