《计算机组成原理》指令周期数据流的详解

Posted 2021-12-15 晚风Sensei

CPU的控制和状态寄存器

CPU执行指令的过程涉及到控制和状态寄存器

（1）MAR：存储器地址寄存器，用于存放将被访问的存储单元的地址

（2）MDR：存储器数据寄存器，用于存放欲存入存储器的数据或从存储器取出的数据

（3）PC：程序计数器，存放现行指令的地址

（4）IR：指令寄存器，存放当前欲执行指令的地址

指令周期的数据流

由于指令周期可以分为取指、间址、执行、中断四个阶段，下面依次介绍。

取指周期的数据流

1. PC中存放现行指令的地址，将该地址送到MAR，再送到地址总线
2. CU控制单元发出读命令，从存储器中取出改地址对应的数据（指令），并存到MDR
3. 将MDR中的数据（指令）送至指令寄存器IR
4. CU控制PC加1，指向下一条指令地址

间址周期的数据流

取指结束后，控制单元CU会检查IR中是否有间接地址（操作数有效地址的地址）。若有，CPU执行如下操作，若没有则跳过。

1. MDR中的间址送至MAR
2. CU发出读命令，从存储器中取出该间址对应的操作数有效地址，并存入MDR。

执行周期的数据流

不同指令在执行周期的操作不同，故执行周期的数据流是多种多样的，故无法用统一的数据流图表示

中断周期的数据流

CPU执行完一条指令后，需要判断是否有中断请求，若有中断请求，则执行一下操作。若没有则跳过，进入下一个指令周期。

1. 控制单元CU将用于保存程序断点地址的栈寄存器地址送入MAR，再到地址总线
2. PC将断点程序地址（即中断结束后执行的下一条指令地址）送入MDR，再到数据总线
3. CU发出写命令，根据MAR和MDR将断点程序地址写入栈寄存器
4. CU将中断服务程序的入口地址（第一条指令地址）送入PC，CPU开始执行中断服务程序（同上面三个周期）
5. 中断服务程序结束后，CU根据栈寄存器地址取出断点程序地址，CPU继续执行原程序