1.2 计算机执行指令的过程

Introduction

• 计算机执行指令的过程：取指、译码、执行、回写
• 本文以 ADD R0, [6] 为例演示计算机执行指令的过程
  ADD R0, [6] 含义为通用寄存器 R0与存储器 0110 中的数据求和，并存入寄存器 R0 (已知 R0中已存入data 0000011) （十进制 6等于二进制 0110）
• 计算机结构中术语 (详细见1.1 计算机简化模型）：

术语	全称	注释
MAR	memory address register	–
MDR	memory data register	–
IR	instruction register	存放正在或即将执行的指令
PC	program counter	程序计数器 （存下一条指令的地址）
指令译码	–	确定IR中存放的是哪一条指令
控制电路	–	通过电路产生控制信号
GPR	general purpose register	R1 ~ Rn-1 （通用寄存器）
ALU	–	完成算术运算和逻辑运算

取指 （获取二进制形式的指令）

• 将PC（program counter）中的将要执行的指令地址存入MAR中
• 通过地址总线将MAR中的目标地址传入存储器，同时通过控制总线向存储器说明希望执行READ操作
• 存储器收到指令后，通过地址译码器从0001地址中获得data，存入MDR并通过数据总线传给CPU中的MDA
• CPU再将MDA中的data传给IR (instruction register)
• 最后，将PC中的指令地址进行更新换为下一个循环中所需的地址（0010）
  

译码 （解读二进制的指令)

• 将IR中的data通过指令译码解读出指令的意义，通过控制电路进行下一步执行操作
  

执行 （执行指令）

• 将从译码中得出的地址 0110 传入MAR，类似于取指阶段，获得 0110中的data存入MDR
• 将 MDR 与 R0 中的数分别赋给运算器的 X 和 Y 中通过 ALU 得出结果 Z

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回写 （将结果进行存储）

• 将 Z 的指存入 R0， 该进程结束
  （下一进程又由PC将地址传给MAR开始）
  

Reference

Coursera: 计算机组成 Computer Organization