程序和指令的关系 1条指令的执行过程 机器指令的执行过程

南京大学公开课：计算机系统基础（二）程序的执行和存储访问-第1讲 程序和指令的关系-网易公开课 https://open.163.com/newview/movie/free?pid=BFBG7RAVL&mid=NFBG8ROIR
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南京大学公开课：计算机系统基础（二）程序的执行和存储访问-第2讲 一条指令的执行过程-网易公开课 https://open.163.com/newview/movie/free?pid=BFBG7RAVL&mid=DFBG8ROO5
 
第1周程序执行概述
第1讲程序和指令的关系
第2讲一条指令的执行过程
第3讲在IA-32中一条指令的执行过程
第4讲CPU的基本功能与结构
 
程序及指令的执行过程
 
°程序和指令的关系•程序由一条一条指令组成，指令按顺序存放在内存连续单元
 
°程序的执行：周而复始地执行一条一条指令•正常情况下，指令按其存放顺序执行•遇到需改变程序执行流程时，用相应的转移指令（包括无条件转移指令、条件转移指令、调用指令和返回指令等）来改变程序执行流程
 
°程序的执行流的控制•将要执行的指令所在存储单元的地址由程序计数器PC给出，通过改变PC的值来控制执行顺序
 
°指令周期：CPU取出并执行一条指令的时间
 
cycle per instruction 
 

 

 

 

 

程序执行需要解决的问题 

如何判定每条指令有多长？如何判定操作类型、寄存器编号、立即数等？如何区分第2行和第3行mov指令的不同？如何确定操作数是在寄存器中还是在存储器中？一条指令执行结束后如何正确读取到下一条指令？

 

 

异常：指令无法执行，原因：缺页、越界、操作数未定义

 

异常是在CPU内部发生的，中断是由外部事件引起的

机器指令的执行过程

°取指令：从PC所指单元取出指令送指令寄存器（IR），并增量PC。•如add函数，开始PC（IA-32的EIP）中存放的是0x0848394，CPU根据PC取指令送IR，每次总是取最长指令字节数，假定最长指令是4个字节，即IR为32位，此时，也即55 89 E5 8BH被取到IR中。

°指令译码：不同指令其功能不同，因而需要不同的操作控制信号。•CPU根据不同操作码译出不同控制信号。对于上述取到IR中的55 89 E58BH译码时，可根据高5位01010译码得到push指令的控制信号。

°源操作数地址计算并取操作数：根据寻址方式确定源操作数地址计算方式，若是存储器数据，则需一次或多次访存；若为间接寻址或两操作数都在存储器的双目运算，则需多次访存；若是寄存器数据，则直接从寄存器取数。

°执行数据操作：在ALU或加法器等运算部件中对取出的源操作数进行运算。

°目的操作数地址计算并存结果：根据寻址方式确定目的操作数地址计算方式，若是存储器数据，则需要一次或多次访存（间接寻址时）；若是寄存器数据，则在进行数据操作时直接存结果到寄存器。

°指令地址计算并将其送PC。顺序执行时，PC加上当前指令长度；遇到转移类指令时，则需要根据条件码、操作码和寻址方式等确定下条指令地址。

 

 机器指令的执行过程

 

° 每条指令的功能总是由以下四种基本操作来实现：

读取某一主存单元的内容，并将其装入某个寄存器（取指， 取数）

把一个数据从某个寄存器存入给定的主存单元中（存结果）

把一个数据从某寄存器送到另一寄存器或者ALU（取数，存结果）

进行算术或逻辑运算（PC+”1”，计算地址，运算）

 

指令执行过程中查询各种异常情况，并在发现异常时转异常处理

指令执行结束时查询中断请求，并在发现中断请求时响应中断

 

° 操作功能可形式化描述

描述语言称为寄存器传送语言RTL (Register Transfer Language)

 

 冯.诺依曼结构模型机

不同架构支持的指令集不同，同一种指令的实现方式和功能也可能不同

 

 IA-32的体系结构

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