17 | 建立数据通路（上）：指令+运算=CPU
徐文浩
该思维导图由 AI 生成，仅供参考
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。
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本文深入解释了CPU内部数据通路的构建和运作原理，以及指令周期、机器周期和时钟周期之间的关系。文章详细介绍了指令周期的执行过程，包括取指令、指令译码和执行指令等步骤，并讨论了CPU所需的硬件电路，如ALU、寄存器、自动执行电路和译码电路。此外，文章还提到了CPU所需的四种基本电路，包括组合逻辑电路、存储电路、计数器电路和译码器电路。通过深入浅出的方式，读者能够清晰理解CPU内部各个组件的功能和相互关系。建议读者结合教科书和更高层次的抽象逻辑来学习数据通路，以更深入地理解相关问题。同时，读者还被鼓励思考CPU为何会有满载运行和Idle闲置的状态，并在留言区分享自己的思考和答案。
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kdb_reboot很喜欢这几章；大二时学数电，期末考了93分，但是仍然不知道它能做什么用，内心有困惑，但是也没更多的坚持这个问题；感谢你作者回复: 👍一起加油
2019-06-069
LDxyCPU在空闲状态就会停止执行，具体来说就是切断时钟信号，CPU的主频就会瞬间降低为0，功耗也会瞬间降低为0。由于这个空闲状态是十分短暂的，所以你在任务管理器里面也只会看到CPU频率下降，不会看到降低为0。当CPU从空闲状态中恢复时，就会接通时钟信号，这样CPU频率就会上升。所以你会在任务管理器里面看到CPU的频率起伏变化。这个知识也是我找工作面试时才学到的。2019-06-045162- Akizuki操作系统内核有 idle 进程，优先级最低，仅当其他进程都阻塞时被调度器选中。idle 进程循环执行 HLT 指令，关闭 CPU 大部分功能以降低功耗，收到中断信号时 CPU 恢复正常状态。2019-06-0559
黄马uptime 命令查看平均负载 满载运行就是平均负载为1.0(一个一核心CPU) 定义为特定时间间隔内运行队列中的平均线程数。load average 表示机器一段时间内的平均load。 这个值越低越好。负载过高会导致机器无法处理其他请求及操作，甚至导致死机 当CUP执行完当前系统分配的任务，为了省电，系统将执行空闲任务（idle task），这个任务循环执行HLT指令，CPU就会停止指令的执行，并且让CPU处于HALT状态,CPU虽然停止指令执行，并且CPU的部分功能模块将会被关闭（达到降低功耗的目的），但是CPU的LAPIC（Local Advanced Programmable Interrupt Controller）并不会停止工作，即CPU将会继续接收外部中断、异常等外部事件（事实上，CPU HALT状态的退出将由外部事件触发）.当CPU接收到这些外部事件的时候，将会从HALT状态恢复回来，执行中断服务函数，并且当中断服务函数执行完毕后，指令寄存器（CS:EIP）将会指向HLT指令的下一条指令，即CPU继续执行HLT指令之后的程序2019-10-2143
活的潇洒要想成功三个动作很重要 1、做出来 2、写出来 3、讲出来 三个非常重要，缺一不可 day17 笔记：https://www.cnblogs.com/luoahong/p/11330406.html2019-08-21225
roger程序计数器一直在变化，就是满载吧，持续不变就是idle。CPU密集型任务需要CPU大量计算的任务，这个时候CPU负载就很高，IO密集型任务，CPU一直在等待IO，就会有idle。2019-08-1219
旺旺cpu执行速度非常快，消耗性能资源也比较快。但实际上，电脑并不是时刻都需要进行大量运算。 所以，CPU需要一种“闲置”状态，来平衡这种矛盾（需要忙时，可以全速奔跑；暂无事务时，又可节能地随时待命。） “Idle 闲置”是一种低功耗的状态，cpu在执行最低功耗的循环指令。实际上并非啥都没干，而是一直在干最最轻松的事儿。2019-06-04115
A君所谓构建数据通路，就是把各种组建通过线路组合起来，让他们可以完成数据存储、处理和传输的操作。数据处理部分自然是交给ALU组合逻辑计算元件，它是由大量运算器组合而成；数据存储自然是交给各种寄存器，存储的数据除了有计算数据外，还有各种状态，以及指令的地址；负责读取指令，将指令转换成电信号的就是译码器；为了让fetch-decode-execute这个循环体运作下去，还需要一个自动设备。2020-06-259
九云指令周期、时钟周期2个概念就够了。引入CPU周期这个概念，要解释什么问题呢？2019-11-1536
djfhchdhcpu满载和空闲的分别主要是操作系统调度任务导致的，如果操作系统调度了一个高优先级的任务，那么cpu就优先执行这个任务即满载，如果操作系统调度了一个低优先级的idle任务，那么cpu就执行这个idle任务，显示为空闲状态，空闲即假装“没事做”，其实当有其他更高优先级的任务调度时，就可以抢占它，去执行更高优先级的任务2019-06-186
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