指令的执行过程
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2023年3月15日发(作者：显色培养基)计算机硬件cpu指令执⾏过程,cpu执⾏指令的过程详解
cpu执⾏指令的过程详解
计算机每执⾏⼀条指令都可分为三个阶段进⾏。即取指令-----分析指令-----执⾏指令。
取指令的任务是：根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现⾏指令，送到指令寄存器。
分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进⾏译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。
计算机执⾏程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直⾄遇到停机指令可循环等待指令。
⼀般计算机进⾏⼯作时，⾸先要通过外部设备把程序和数据通过输⼊接⼝电路和数据总线送⼊到存储器，然后逐条取出执⾏。但单⽚机中的
程序⼀般事先我们都已通过写⼊器固化在⽚内或⽚外程序存储器中。因⽽⼀开机即可执⾏指令。
CPU指令执⾏流程图
下⾯我们将举个实例来说明指令的执⾏过程：
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”，该指令的功能是把操作数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(操作码)，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操作码的微操作系列，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。
cpu执⾏指令步骤详解
1、第⼀步我们⾸先看⼀下cpu的内部结构，主要包括寄存器，控制器，ALU算数逻辑运算单元，控制器⾥⾯⼜含有操作控制器，计数器，
寄存器等，如下图所⽰：
2、第⼆步我们了解了cpu的内部结构之后，就⽐较容易理解cpu是如何执⾏指令的，cpu执⾏指令主要分为5个阶段，从取指令，导进⾏指
令译码，执⾏指令，访问主存，最后回写结果，具体cpu执⾏过程如下图所⽰：
3、第三步我们⾸先来看cpu执⾏指令的⼀、⼆阶段，cpu是怎么取指令和进⾏指令译码，将指令先从主存⾥⾯取出，然后放到寄存器，最
后进⾏指令译码，这样就完成cpu执⾏指令的⼀、⼆阶段，具体如下图所⽰：
4、第四步cpu执⾏指令的三、四阶段，⾸先根据指令规定的操作，完成具体功能，最后访问主存，操作数，得到物理地址，就完成了执⾏
指令和访问主存的三、四阶段，如下图所⽰：
5、第五步在cpu第四阶段访问主存的时候，需要得到物理地址，具体读写过程如下图所⽰：
6、第六步我们也可以看⼀下cpu是怎么读指令的，下⾯是cpu的⼯作原理，如下图所⽰：
7、第七步cpu执⾏指令进去到了第五个阶段，也是最后⼀个阶段回写结果，把第三阶段执⾏指令的运⾏结果数据回写到⼀种存储形
式，cpu这样就成功执⾏完了⼀条指令，如下图所⽰