深入浅出计算机组成原理学习笔记：第十七讲

一、引子

1、指令

2、计算

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。

二、指令周期

1、计算机每执行一条指令的过程

4.重复进行1～3的步骤。
这样的步骤，其实就是一个永不停歇的“ Fetch - Decode - Execute”的循环，我们把这个循环称之为 指令周期（Instruction Cycle）。

 

2、什么是指令周期

3、不同步骤在不同组件之内完成

 

三个周期之间的关系

 

4、CPU周期

5、时钟周期

三、建立数据通路

1、第一类操作元件

2、第二类存储元件

3、什么是数据通路

4、控制器

听起来是不是很简单？实际上，控制器的电路特别复杂。下面我给你详细解析一下。

 

一方面，所有CPU支持的指令，都会在控制器里面，被解析成不同的输出信号。我们之前说过，现在的IntelCPU支持2000个以上的指令。这意味着，

控制器输出的控制信号，至少有2000种不同的组合。

 

运算器里的ALU和各种组合逻辑电路，可以认为是一个固定功能的电路。控制器“翻译”出来的，就是不同的控制信号。这些控制信号，告诉ALU去做不同的计算。

可以说正是控制器的存在，让我们可以“编程”来实现功能，能让我们的“存储程序型计算机”名副其实。

指令译码器将输入的机器码，解析成不同的操作码和操作数，然后传输给ALU进行计算

四、CPU所需要的硬件电路

1、ALU

2、寄存器

3、自动数数的电路

我们看似写了各种复杂的高级程序进行各种函数调用、条件跳转。其实只是修改PC寄存器里面的地址。PC寄存器里面的地址一修改，计算机就可以加载一条指令新指令

往下运行。实际上，PC寄存器还有一个名字，就叫作程序计数器。顾名思义，就是随着时间变化，不断去数数。数的数字变大了就去执行一条新指令。

所以，我们需要的就是一个自动数数的电路。

4、译码器

 五、总结延伸

好了，现在我们把这四类电路，通过各种方式组合在一起，就能最终组成功能强大的CPU了。但是，要实现这四种电路中的中间两种，我们还需要时钟电路的配合。

下一节，我们一起来看一看，这些基础的电路功能是怎么实现的，以及怎么把这些电路组合起来变成一个CPU。