軟件設(shè)計(jì)師筆記之中央處理器CPU與指令
CPU由寄存器組、算術(shù)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(shù)據(jù)
處理數(shù)據(jù)
保存數(shù)據(jù)
1. 寄存器組分為兩大類：
用戶可見(jiàn)的寄存器：有通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、標(biāo)志寄存器等；
狀態(tài)寄存器：包括程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、存儲(chǔ)器地址寄存器MAR、存儲(chǔ)器緩沖寄存器MBR、程序狀態(tài)字PSW。
2.運(yùn)算器ALU：負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。
3.控制器CU：負(fù)責(zé)控制整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，讀取指令寄存器、狀態(tài)控制寄存器以及外部來(lái)的控制信號(hào)，發(fā)布外控制信號(hào)控制CPU與存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；發(fā)布內(nèi)控制信號(hào)控制寄存器間的數(shù)據(jù)交換；控制ALU完成指定的運(yùn)算功能；管理其他的CPU內(nèi)部操作。
控制器的實(shí)現(xiàn)有硬布線邏輯和微程序控制兩種方案
中斷控制機(jī)制：
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常提供了中斷機(jī)制，允許某一事件中止CPU正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去對(duì)該事件進(jìn)行處理，然后再返回原程序被中止處繼續(xù)執(zhí)行。其作用是提高CPU的處理效率，使CPU與I/O設(shè)備并行工作，還可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作過(guò)程。
中斷處理過(guò)程可分為：中斷響應(yīng)過(guò)程和中斷服務(wù)過(guò)程。
中斷的分類：按中斷源位置可分為內(nèi)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(duì)和中斷嵌套。
機(jī)器指令的格式、分類及功能:
CPU所完成的操作是由其執(zhí)行的指令來(lái)決定的，這些指令被稱為機(jī)器指令。
CPU所能執(zhí)行的所有機(jī)器指令的集合稱為該CPU的指令系統(tǒng)。
機(jī)器指令一般由操作碼、源操作數(shù)、目的操作數(shù)和下一條指令的地址組成。
操作碼指明要執(zhí)行的操作；
源操作數(shù)是該操作的輸入數(shù)據(jù)；
目的操作數(shù)是該操作的輸出數(shù)據(jù)；
下一條指令地址通知CPU到該地址去取下一條將執(zhí)行的指令。
指令系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)傳送類、算術(shù)運(yùn)算類、邏輯類、數(shù)據(jù)變換類、輸入/輸出類、系統(tǒng)控制類、控制權(quán)轉(zhuǎn)移類等類型。
指令的尋址方式
常用的尋址方式有立即數(shù)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(duì)尋址。
指令的執(zhí)行過(guò)程：
1.計(jì)算下一條要執(zhí)行的指令的地址；
2.從該地址讀取指令；
3.對(duì)指令譯碼以確定其所要實(shí)現(xiàn)的功能；
4.計(jì)算操作數(shù)的地址；
5.從該地址讀取操作數(shù)；
6.執(zhí)行操作；
7.保存結(jié)果。
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