CPU是如何处理指令的

CPU主要由以下几部分组成，参考下图

·一系列寄存器，部分处理地址相关的寄存器，和其他一些用于处理数据的寄存器

·ALU，算数逻辑运算单元

·CU，控制单元，控制多个寄存器传输之间的时序等

·内部一些寄存器之间的连线

1.1 CPU寄存器介绍

MAR(Memory Address Register)：保存需要访问的内存的地址;

MBR(Memory Buffer Register)：保存需要写入寄存器或从内存中读取的数据;

PC(Programmer Counter)：内部连接了地址总线，存放了程序下一条需要处理的指令的地址;

IR(Instruction Register)：读取内存的时候，首先会从MBR寄存器中读取数据；如果读取的数据是一条指令的话，从IR里面读取；

IR包含下面两个部分:

1.IR(opcode)：每一条指令的opcode都是唯一的，也是一条指令最重要的组成部分，CPU通过opcode了解当前指令到底干什么事情

2.IR(address)：另一个重要的部分就是address部分

SP(Stack Pointer)：栈指针，存放了当前程序的执行过程中内存中的栈地址

1.2 CPU内部单元

CU(Control Unit)：控制单元，控制时序和指令的执行之后寄存器的变化

ALU(Arithmetic Logic Unit)：算术运算单元，包含算术运算所需的逻辑与、逻辑或等模块

SR(Status Register)：状态寄存器，根据ALU的计算结果控制状态寄存器中的一些状态标志，包括一些溢出(Overflow)、零(Zero)、负(Negative)等标识位

1.3 内存介绍

内存主要由ram和rom(一部分)组成，主要用于支持系统的启动。内存不在CPU内部，而是在板子上，通过总线和CPU连接。实际上一般由2 ～ 3根总线，包括数据总线和地址总线，有些板子还会有控制总线--用于表示当前时钟下数据是读或写。访问的内存地址有总线宽度决定，对于24位宽的总线，可访问的地址一般如下图：0 - 0xFFFFFF；

2.1 CPU如何处理指令

处理指令的步骤主要包括以下几步：

1.从内存中提取(Fetch)指令，并把指令放到IR中;

2.解码(Decode)当前指令

3.执行(Execute)当前指令

执行的执行流程一般遵循以下步骤：

1.将PC的值存入MAR寄存器，

MAR<---PC

2.读取MAR中的值，将数据放入MBR寄存器中

MBR<---{MAR}

3.下一步需要将MBR中的值拷贝到IR寄存器中，IR解释执行当前指令后PC加1(本文介绍的指令为8位指令指令，因此PC加1，对于16位及32位指令，PC需要加对应的字节数)

PC<----PC + 1

总结归纳为下图：

2.2 一些指令

以下指令使用8位的Opcode进行解码，8位指令长度理论上可以产生256条不同的指令，下图仅列出一些常用的包括内存读取/写入、加法运算等操作，具体含义参见Meaning：

2.3 列举一条指令(LDA x)的执行过程

以上图为例可归结为以下几个步骤：

a.指令提取阶段，将PC值先赋值给MAR

b.地址的值为"2"

c.从内存为"2" 的地方将指令提取出来，存入MBR中

d.MBR的值写入IR寄存器

e.PC需要加一

f.解码当前IR中的指令，获取到opcode部分的值为1

g.Address部分的值为"5"

h.从内存地址为"5"提取出数据

i.由于LDA操作的是AC寄存器，最终将数据放入AC中

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