前面几讲里,我从两个不同的部分为你讲解了 CPU 的功能。
在“指令”部分,我为你讲解了计算机的“指令”是怎么运行的,也就是我们撰写的代码,是怎么变成一条条的机器能够理解的指令的,以及是按照什么样的顺序运行的。
在“计算”部分,我为你讲解了计算机的“计算”部分是怎么执行的,数据的二进制表示是怎么样的,我们执行的加法和乘法又是通过什么样的电路来实现的。
然而,光知道这两部分还不能算是真正揭开了 CPU 的秘密,只有把“指令”和“计算”这两部分功能连通起来,我们才能构成一个真正完整的 CPU。这一讲,我们就在前面知识的基础上,来看一个完整的 CPU 是怎么运转起来的。
指令周期(Instruction Cycle)
前面讲计算机机器码的时候,我向你介绍过 PC 寄存器、指令寄存器,还介绍过 MIPS 体系结构的计算机所用到的 R、I、J 类指令。如果我们仔细看一看,可以发现,计算机每执行一条指令的过程,可以分解成这样几个步骤。
1.Fetch(取得指令),也就是从 PC 寄存器里找到对应的指令地址,根据指令地址从内存里把具体的指令,加载到指令寄存器中,然后把 PC 寄存器自增,好在未来执行下一条指令。
2.Decode(指令译码),也就是根据指令寄存器里面的指令,解析成要进行什么样的操作,是 R、I、J 中的哪一种指令,具体要操作哪些寄存器、数据或者内存地址。