关于指令集和cpu

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关于指令集和cpu

2023-03-11 14:59| 来源: 网络整理| 查看: 265

作者:Cascade链接:https://www.zhihu.com/question/20793038/answer/16198162来源:知乎著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。

是,这个解释起来有点长。Be patient现代的CPU没拆过,我只在计算机组成原理实验课上用VHDL在某个实验平台上做过一个模拟的CPU。举个例子你可能比较好理解。比如我们设计一套指令集,其中肯定有条加法指令。比如Add R1 R2 。我们可以认为这条指令的意思是计算寄存器R1中的内容和R2的和,然后把结果存到R1寄存器中。那么经过编译后这条指令会变成二进制,比如010100010010 。这条二进制指令一共12位。明显可以分为三大部分。最前面的0101表示这是条加法指令,后面0001说的是第一个操作数是寄存器1,最后0010说的是第二个数就是寄存器2(其实实际没有这么简单的指令,至少应该区分操作数是寄存器还是直接的数据,但为了把这说的更容易理解作了简化)。我们可以通过十二根导线把这条指令输入一个CPU中。导线通电就是1,不通电就是0 。为了叙述方便我们从左到右用A0-A11给这12根导线编上号。然后计算机会分析这条指令。步骤如下: 最开始的两根导线A0和A1,第一根有电第二根没电,就能知道这是一条运算指令(而非存储器操作或者跳转等指令)。那么指令将被送入逻辑运算单元(ALU)去进行计算。其实很简单。只要这两根线控制接下来那部分电路开关即可。 接下来的A2和A3,01表示加法,那么就走加法运算那部分电路,关闭减法等运算电路。 A4-A7将被送入寄存器电路,从中读取寄存器保存的值。送到ALU的第一个数据接口电路上。 后面的A8-A11同样被送入寄存器选择电路,接通R2寄存器,然后R2就把值送出来,放到ALU的第二个数据接口上。 ALU开始运算,把两个接口电路上的数据加起来,然后输出。 最后结果又被送回R1。 基本上简单的运算计算机就是这么操作的。他其实不知道你那些指令都是什么意思。具体的指令编程机器码后就会变成数字电路的开关信号。其中某几段会作为控制信号,控制其他部分的数据走不同的电路以执行运算。他没有一个地方保存着如何翻译这些机器码的字典,所有机器码的意义都被体现在整个电路的设计中了。当然,从汇编到机器码这步是汇编程序翻译的。汇编程序当然知道某条指令要翻译成什么样的机器码。



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