计算机组成原理指令周期(课堂PPT)
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5
5.2指令周期
➢ 时钟周期：节拍脉冲、T周期
处理操作的最基本单位，与CPU主频成倒 数
可代表一次微操作，如ALU的一次运算、 寄存器间的一次数据传送
6
Eg.
某CPU的主频为8MHz，若已知每个机 器周期平均含有4个时钟周期，且该机的平 均指令速度为0.8MIPS，则该机的平均指令 周期为___________，每个指令周期平均 含有___________个机器周期。
数据存储器
八进制地址
5 6 7 10 … 30
八进制数据
70 100 66 77 … 40(120)
9
5.2.2 MOV指令执行过程详解
10
5.2.2 MOV指令执行过程详解
➢ 取指令：
取出指令：从存储器取出要执行的指令送到 指令寄存器暂存；
PC+1； 指令译码：确定要进行的操作；
➢ 执行指令：
5.2.3 LAD指令执行过程详解
➢ 分析：为什么LAD指令周期包含三个CPU 周期？
◊ 答：DBUS 上分时进行 地址传送和 数据传送, 一个数据通 路占用一个 CPU周期。
20
5.2.4ADD指令的指令周期
➢ 只讲ADD指令的执行过程
21
5.2.5ADD指令的执行周期
①②③⑤④操OOC作C送送控出出制控控器制制O命命C令送令，出到，打将控A将L开制DDURA命B，（LU令指U1S2到输上定0通出）数A用L三装据U寄态入打做存门R入R2器，1缓，（，运冲R1选算2寄0中0择结存）原R果器和来11DR做2的R20源（；内放寄2A容到0L存2）DU0器B产的被U，生加冲S 的
➢ 一个指令周期中：
一条指令耗时一个指令周期 一个指令周期包括一个取指令周期和一个或一
个以上的CPU执行周期 在每个CPU周期中数据通路是确定的 指令决定了数据通路的建立及操作具体内容与
实现方式。
4
➢ 勘误： ➢ P142：最后一段第一句改为：
指令周期常常用若干个CPU周期数来表示， CPU周期又称为机器周期，（删除“又称时钟 周期，”）CPU访问一次内存……
7
解答
➢ 指令周期：
1 0.8M
S=
1.25 uS
◊ 时钟周期：
1 8M
S= 0.125 uS
◊ 指令周期含有时钟周期个数：10
◊ 指令周期含有机器周期个数：2.5
8
5.2 指令执行过程详解
八进制地址
指令助记符
100 101 102 指令存储器 103 104 105 106
MOV R0,R1 LAD R1,6 ADD R1,R2 STO R2,(R3) JMP 101 AND R1,R3
5.2.2 MOV指令执行过程详解-执行 指令
➢ 执行指令过程详解
14
5.6 MOV指令执行过程详解-取指
10
令
目标 源
②③任④⑤至①作何此目OO操时，标CC作送送候M寄控出出O存D制VB控控器指器U制 制；S令（信信上执O号号只C行到，，）能结打将将A送有束L开DD出一U。BR控A，个U中L制指数SU的上信定输据数的号出A。据L数到三U1据0通态做打打用门传入入寄，送到到存将操目数器A作标L据，；U寄缓选输存冲择出器寄R送R1存到0（，器数1RD0据）0R总的（作线内1源0D容）寄B由；存U0S器0上变，。为选注11择05意。R，0
百度文库
R法上掉进2操；。做位作至目信；此标号A寄保D存D指器状令；态执字行寄周存期器结在束PS。W中。
22
5.2.5STO指令的指令周期
STO R2, (R3) --将R2内容写到(R3) 23
5.2.5STO指令的指令周期
①②③④⑤⑥ 操OC作发控出制操器作O命C令送，到出打将通操开地用数作通址寄据命用存令3120寄器到打0写存，通入入器选用A数R输择寄，存出存R并32三器0=进号1态，2行单0门选，数元，择作存，将R为地3它地数=数址原3址据0存译先做31的码02的数放0写；放数据到入到据存数4储0
②③④⑤L①线ADOO操DB指C作U发发令S控出出上执制操读命；行器作 命 令周O命令，期C令，将发结，将D出束RB将数控。中U地存制S的上址命6数号的码令1单数0打60装元据开装入中1I入R0数的0输通装据数出用入地1三寄0缓址0态存读冲寄门器出寄存，R到存器1将D，器AB指R原DU；令R来S；中上R的；1中直的接数地1址0被码冲6放掉到。数至1据此9 总，
根据指令译码器向各个部件发出相应控制信 号，完成指令规定的操作
➢ 与冯·诺依曼存储程序思想的印证
11
5.2.2 MOV指令执行过程详解-取 指令
➢ 取指令过程详解
12
5.6 MOV指令执行过程详解-取指
令
MOV R0,R1
1012
②③④⑤⑥① P从 指 C程程CP1令 序的序U0寄计内识1计号容存数别数地被器出器址放中P是内C读到的M容中指出O操加装令的V作1指入地M，码令址第O变（V总，一成指O线至条P1令A此指0）B通2，令U被，过S取地译为(指I)指址码取上令周1,；下对总0期1一指线（即条存I八B告进指U进行结令S制译装束做）码入。好；,并指准启令备动寄；读存命器令I1R3；；
5.2.3 LAD指令执行过程详解
八进制地址
指令助记符
100 101 102 指令存储器 103 104 105 106
MOV RO,R1 LAD R1,6 ADD R1,R2 STO R2,(R3) JMP 101 AND R1,R3
数据存储器
八进制地址
5 6 7 10 … 30
八进制数据
70 100 66 77 … 40(120)
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5.2.3 LAD指令执行过程详解
➢ 取指令过程与MOV指令相同 ➢ 下面讲解执行指令过程
17
②③④⑤⑥① P从 指 C程程CP1令 序的序U0寄计内识2计号容存数别数地被器出器址放中P是内C读到的L容中指出A操加的D令的作指1值地L，码令A址为变D（，总1指成0O至线2令P1（A此0）通B3八，U被，过进S取译为(指I制指)码取上令）周,；下对总；期一指线即条存IB告进指U结行S令装束译做入码。好,指并准令启备寄动；读存命器令I1R8；；
指令周期
1
5.2指令周期
➢ CPU的功能：取指令和执行指令
◊ 指令周期：取出一条指令并执行这条指令的时间。 ◊ 各种指令的指令周期相同吗？为什么？
2
5.2指令周期
➢ CPU周期（机器周期）：
定义为：在内存（Cache）中读取指令字的最 短时间（因为访存耗时较长）
取指阶段需要一个CPU周期
3
5.2指令周期
5.2指令周期
➢ 时钟周期：节拍脉冲、T周期
处理操作的最基本单位，与CPU主频成倒 数
可代表一次微操作，如ALU的一次运算、 寄存器间的一次数据传送
6
Eg.
某CPU的主频为8MHz，若已知每个机 器周期平均含有4个时钟周期，且该机的平 均指令速度为0.8MIPS，则该机的平均指令 周期为___________，每个指令周期平均 含有___________个机器周期。
数据存储器
八进制地址
5 6 7 10 … 30
八进制数据
70 100 66 77 … 40(120)
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5.2.2 MOV指令执行过程详解
10
5.2.2 MOV指令执行过程详解
➢ 取指令：
取出指令：从存储器取出要执行的指令送到 指令寄存器暂存；
PC+1； 指令译码：确定要进行的操作；
➢ 执行指令：
5.2.3 LAD指令执行过程详解
➢ 分析：为什么LAD指令周期包含三个CPU 周期？
◊ 答：DBUS 上分时进行 地址传送和 数据传送, 一个数据通 路占用一个 CPU周期。
20
5.2.4ADD指令的指令周期
➢ 只讲ADD指令的执行过程
21
5.2.5ADD指令的执行周期
①②③⑤④操OOC作C送送控出出制控控器制制O命命C令送令，出到，打将控A将L开制DDURA命B，（LU令指U1S2到输上定0通出）数A用L三装据U寄态入打做存门R入R2器，1缓，（，运冲R1选算2寄0中0择结存）原R果器和来11DR做2的R20源（；内放寄2A容到0L存2）DU0器B产的被U，生加冲S 的
➢ 一个指令周期中：
一条指令耗时一个指令周期 一个指令周期包括一个取指令周期和一个或一
个以上的CPU执行周期 在每个CPU周期中数据通路是确定的 指令决定了数据通路的建立及操作具体内容与
实现方式。
4
➢ 勘误： ➢ P142：最后一段第一句改为：
指令周期常常用若干个CPU周期数来表示， CPU周期又称为机器周期，（删除“又称时钟 周期，”）CPU访问一次内存……
7
解答
➢ 指令周期：
1 0.8M
S=
1.25 uS
◊ 时钟周期：
1 8M
S= 0.125 uS
◊ 指令周期含有时钟周期个数：10
◊ 指令周期含有机器周期个数：2.5
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5.2 指令执行过程详解
八进制地址
指令助记符
100 101 102 指令存储器 103 104 105 106
MOV R0,R1 LAD R1,6 ADD R1,R2 STO R2,(R3) JMP 101 AND R1,R3
5.2.2 MOV指令执行过程详解-执行 指令
➢ 执行指令过程详解
14
5.6 MOV指令执行过程详解-取指
10
令
目标 源
②③任④⑤至①作何此目OO操时，标CC作送送候M寄控出出O存D制VB控控器指器U制 制；S令（信信上执O号号只C行到，，）能结打将将A送有束L开DD出一U。BR控A，个U中L制指数SU的上信定输据数的号出A。据L数到三U1据0通态做打打用门传入入寄，送到到存将操目数器A作标L据，；U寄缓选输存冲择出器寄R送R1存到0（，器数1RD0据）0R总的（作线内1源0D容）寄B由；存U0S器0上变，。为选注11择05意。R，0
百度文库
R法上掉进2操；。做位作至目信；此标号A寄保D存D指器状令；态执字行寄周存期器结在束PS。W中。
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5.2.5STO指令的指令周期
STO R2, (R3) --将R2内容写到(R3) 23
5.2.5STO指令的指令周期
①②③④⑤⑥ 操OC作发控出制操器作O命C令送，到出打将通操开地用数作通址寄据命用存令3120寄器到打0写存，通入入器选用A数R输择寄，存出存R并32三器0=进号1态，2行单0门选，数元，择作存，将R为地3它地数=数址原3址据0存译先做31的码02的数放0写；放数据到入到据存数4储0
②③④⑤L①线ADOO操DB指C作U发发令S控出出上执制操读命；行器作 命 令周O命令，期C令，将发结，将D出束RB将数控。中U地存制S的上址命6数号的码令1单数0打60装元据开装入中1I入R0数的0输通装据数出用入地1三寄0缓址0态存读冲寄门器出寄存，R到存器1将D，器AB指R原DU；令R来S；中上R的；1中直的接数地1址0被码冲6放掉到。数至1据此9 总，
根据指令译码器向各个部件发出相应控制信 号，完成指令规定的操作
➢ 与冯·诺依曼存储程序思想的印证
11
5.2.2 MOV指令执行过程详解-取 指令
➢ 取指令过程详解
12
5.6 MOV指令执行过程详解-取指
令
MOV R0,R1
1012
②③④⑤⑥① P从 指 C程程CP1令 序的序U0寄计内识1计号容存数别数地被器出器址放中P是内C读到的M容中指出O操加装令的V作1指入地M，码令址第O变（V总，一成指O线至条P1令A此指0）B通2，令U被，过S取地译为(指I)指址码取上令周1,；下对总0期1一指线（即条存I八B告进指U进行结令S制译装束做）码入。好；,并指准启令备动寄；读存命器令I1R3；；
5.2.3 LAD指令执行过程详解
八进制地址
指令助记符
100 101 102 指令存储器 103 104 105 106
MOV RO,R1 LAD R1,6 ADD R1,R2 STO R2,(R3) JMP 101 AND R1,R3
数据存储器
八进制地址
5 6 7 10 … 30
八进制数据
70 100 66 77 … 40(120)
16
5.2.3 LAD指令执行过程详解
➢ 取指令过程与MOV指令相同 ➢ 下面讲解执行指令过程
17
②③④⑤⑥① P从 指 C程程CP1令 序的序U0寄计内识2计号容存数别数地被器出器址放中P是内C读到的L容中指出A操加的D令的作指1值地L，码令A址为变D（，总1指成0O至线2令P1（A此0）通B3八，U被，过进S取译为(指I制指)码取上令）周,；下对总；期一指线即条存IB告进指U结行S令装束译做入码。好,指并准令启备寄动；读存命器令I1R8；；
指令周期
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5.2指令周期
➢ CPU的功能：取指令和执行指令
◊ 指令周期：取出一条指令并执行这条指令的时间。 ◊ 各种指令的指令周期相同吗？为什么？
2
5.2指令周期
➢ CPU周期（机器周期）：
定义为：在内存（Cache）中读取指令字的最 短时间（因为访存耗时较长）
取指阶段需要一个CPU周期
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5.2指令周期