开始执行程序时,必须先给程序计数器PC赋以第一条指令的首地址00H,然后就进入第一条指令的取令的取指令阶段。
第一条指令的执行过程:
取指令阶段:
①将程序计数器PC的内容(00H)送至地址寄存器AR,记为PCAR。
②程序计数器PC的内容自动加1变为01H,为取下一个指令字节作准备,记为PC+1PC。
③地址寄存器AR将00H通过地址总线送至存储器,经地址译码器译码,选中00号单元,记为ARM。
④CPU发出"读"命令。
⑤所选中的00号单元的内容B0H读至数据总线DB,记为(00H)DB。
⑥经数据总线DB,将读出的B0H送至数据寄存器,记为DBDR。
⑦数据寄存器DR将其内容送至指令寄存器IR,经过译码,控制逻辑发出招待该条指令的一系列控制信号,记为DRIR,IRID、PLA。经过译码,CPU"识别"出这个 *** 作码就是MOVA,03指令,于是,它"通知"控制器发出执行这条指令的各种控制命令。
几乎所有的冯·诺伊曼型计算机的CPU,其工作都可以分为5个阶段:取指令、指令译码、执行指令、访存取数、结果写回。
1.取指令阶段
取指令(InstructionFetch,IF)阶段是将一条指令从主存中取到指令寄存器的过程。
程序计数器PC中的数值,用来指示当前指令在主存中的位置。当一条指令被取出后,PC中的数值将根据指令字长度而自动递增:若为单字长指令,则(PC)+1àPC;若为双字长指令,则(PC)+2àPC,依此类推。
2.指令译码阶段
取出指令后,计算机立即进入指令译码(InstructionDecode,ID)阶段。
在指令译码阶段,指令译码器按照预定的指令格式,对取回的指令进行拆分和解释,识别区分出不同的指令类别以及各种获取 *** 作数的方法。
在组合逻辑控制的计算机中,指令译码器对不同的指令 *** 作码产生不同的控制电位,以形成不同的微 *** 作序列;在微程序控制的计算机中,指令译码器用指令 *** 作码来找到执行该指令的微程序的入口,并从此入口开始执行。
3.执行指令阶段
在取指令和指令译码阶段之后,接着进入执行指令(Execute,EX)阶段。
此阶段的任务是完成指令所规定的各种 *** 作,具体实现指令的功能。为此,CPU的不同部分被连接起来,以执行所需的 *** 作。
4.访存取数阶段
根据指令需要,有可能要访问主存,读取 *** 作数,这样就进入了访存取数(Memory,MEM)阶段。
此阶段的任务是:根据指令地址码,得到 *** 作数在主存中的地址,并从主存中读取该 *** 作数用于运算。
5.结果写回阶段
作为最后一个阶段,结果写回(WriteBack,WB)阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式:
结果数据经常被写到CPU的内部寄存器中,以便被后续的指令快速地存取;
在有些情况下,结果数据也可被写入相对较慢、但较廉价且容量较大的主存。许多指令还会改变程序状态字寄存器中标志位的状态,这些标志位标识着不同的 *** 作结果,可被用来影响程序的动作。
在指令执行完毕、结果数据写回之后,若无意外事件(如结果溢出等)发生,计算机就接着从程序计数器PC中取得下一条指令地址,开始新一轮的循环,下一个指令周期将顺序取出下一条指令。
扩展资料:
指令的执行过程例子:
开机时,程序计算器PC变为0000H。然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。执行过程实际上就是取出指令(取出存储器中事先存放的指令阶段)和执行指令(分析和执行指令)的循环过程。
例如执行指令:MOVA,#0E0H,其机器码为“74HE0H”,该指令的功能是把 *** 作数E0H送入累加器。
0000H单元中已存放74H,0001H单元中已存放E0H。当单片机开始运行时,首先是进入取指阶段,其次序是:
1.程序计数器的内容(这时是0000H)送到地址寄存器;
2.程序计数器的内容自动加1(变为0001H);
3.地址寄存器的内容(0000H)通过内部地址总线送到存储器,以存储器中地址译码电跟,使地址为0000H的单元被选中;
4.CPU使读控制线有效;
5.在读命令控制下被选中存储器单元的内容(此时应为74H)送到内部数据总线上,因为是取指阶段,所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。至此,取指阶段完成,进入译码分析和执行指令阶段。
由于本次进入指令寄存器中的内容是74H( *** 作码),以译码器译码后单片机就会知道该指令是要将一个数送到A累加器,而该数是在这个代码的下一个存储单元。
所以,执行该指令还必须把数据(E0H)从存储器中取出送到CPU,即还要在存储器中取第二个字节。其过程与取指阶段很相似,只是此时PC已为0001H。指令译码器结合时序部件,产生74H *** 作码的微 *** 作系列,使数字E0H从0001H单元取出。
因为指令是要求把取得的数送到A累加器,所以取出的数字经内部数据总线进入A累加器,而不是进入指令寄存器。至此,一条指令的执行完毕。单片机中PC="0002H",PC在CPU每次向存储器取指或取数时自动加1,单片机又进入下一取指阶段。
这一过程一直重复下去,直至收到暂停指令或循环等待指令暂停。CPU就是这样一条一条地执行指令,完成所有规定。
参考资料:CPU-百度百科
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