軟件設計師筆記之中央處理器CPU與指令
CPU由寄存器組、算術邏輯單元ALU和控制單元CU這3部分組成。
CPU的功能:
讀取指令
解釋指令
讀取數據
處理數據
保存數據
1. 寄存器組分為兩大類:
用戶可見的寄存器:有通用寄存器、數據寄存器、地址寄存器、標志寄存器等;
狀態寄存器:包括程序計數器PC、指令寄存器IR、存儲器地址寄存器MAR、存儲器緩沖寄存器MBR、程序狀態字PSW。
2.運算器ALU:負責對數據進行算術和邏輯運算。
3.控制器CU:負責控制整個計算機系統的運行,讀取指令寄存器、狀態控制寄存器以及外部來的控制信號,發布外控制信號控制CPU與存儲器、I/O設備進行數據交換;發布內控制信號控制寄存器間的數據交換;控制ALU完成指定的運算功能;管理其他的CPU內部操作。
控制器的實現有硬布線邏輯和微程序控制兩種方案
中斷控制機制:
計算機系統通常提供了中斷機制,允許某一事件中止CPU正在執行的程序,轉去對該事件進行處理,然后再返回原程序被中止處繼續執行。其作用是提高CPU的處理效率,使CPU與I/O設備并行工作,還可以實現分時操作過程。
中斷處理過程可分為:中斷響應過程和中斷服務過程。
中斷的分類:按中斷源位置可分為內部中斷和外部中斷;
按中斷源的類型可分為硬件中斷和軟件中斷;
按中斷源的屏蔽特性可分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷。
CPU處理中斷有兩種策略:中斷排隊和中斷嵌套。
機器指令的格式、分類及功能:
CPU所完成的操作是由其執行的指令來決定的,這些指令被稱為機器指令。
CPU所能執行的所有機器指令的集合稱為該CPU的指令系統。
機器指令一般由操作碼、源操作數、目的操作數和下一條指令的地址組成。
操作碼指明要執行的操作;
源操作數是該操作的輸入數據;
目的操作數是該操作的輸出數據;
下一條指令地址通知CPU到該地址去取下一條將執行的指令。
指令系統可分為數據傳送類、算術運算類、邏輯類、數據變換類、輸入/輸出類、系統控制類、控制權轉移類等類型。
指令的尋址方式
常用的尋址方式有立即數尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、基址尋址、變址尋址、相對尋址。
指令的執行過程:
1.計算下一條要執行的指令的地址;
2.從該地址讀取指令;
3.對指令譯碼以確定其所要實現的功能;
4.計算操作數的地址;
5.從該地址讀取操作數;
6.執行操作;
7.保存結果。
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