RISC指令集的五个周期

Posted 2020-08-24

RISC指令集的五个周期　

RISC(reduced instruction set computer,精简指令集计算机)简称为精简指令集。RISC把执行指令的精力主要放在了经常使用的指令上面。本文主要介绍了在RISC指令集中一条指令的五个主要执行CC（Clock Cycle，时钟周期）的主要涵义以及内容。

　　这五个时钟周期分别为：IF(Instruction fetch，取指令)，ID(Instruction decode/register fetch cycle，指令解码)，EX（Execution/effective address cycle，执行），MEM(Memory access，内存访问)， WB(Write-back cycle，写回)。

　　IF：根据PC（program counter，程序计数器）中所存储的内存地址，在内存中找到该地址所指向的指令，并将该指令存储在寄存器中。同时，PC指向下一条指令，完成这个操作要求PC加4（以32位指令集为例，如果是64位则要加8）。

　　ID :  操作从IF阶段获取来的指令。将指令解码，最终找到指令所需要的寄存器中存储的数据。如果该指令只一条跳转指令，那么在这一阶段需要根据跳转指令的意义对获取的值进行比较，如果比较结果为true则执行跳转，如果比较结果为false则不执行跳转，继续下一条指令的执行；如果指令需要对指令中某些位进行填充，也在ID阶段完成，比如对高四位进行填充以满足指令结果是32位；计算可能跳转的指令的地址。

　　EX : ALU（Arithmetic Logic Unit，算术逻辑单元）对ID阶段的结果进行计算。在ID阶段已经获得了指令计算所需要的寄存器的值，那么在EX阶段需要根据指令的意义对这些寄存器的值进行计算。计算根据指令的不同变得不同。主要有三种类型的ALU计算：1. ALU根据ID中补充的地址，对有效的地址单元进行计算，最终得到所需要的内存的地址；2. 根据指令的意义，对从寄存器中获取的值，进行操作，比如对两个寄存器的值进行相加；3. 根据寄存器的值以及补充的值，计算出立即数的结果。

　　MEM：如果当前指令是Load指令，那么，根据EX计算出的内存地址，从内存中获取对应的值；如果当前指令是store，那么，根据EX计算出的内存地址和寄存器的值，将寄存器的值存入该内存地址中。其他的指令一般不会设计内存的访问。

　　WB：将计算出来的最终的寄存器的值写入到register file（寄存器文件）中。这部操作包括从内存中获取的值以及通过算术运算得到的结果。

　　以上五个时钟周期便是一条RISC指令执行的主要步骤。