Quin és el cicle de la CPU?

Cicle d' instrucció

Organització i arquitectura de l' ordinador

El cicle d' instruccions és el temps requerit per la CPU per executar una única instrucció. El cicle d' instruccions és l'operació bàsica de la CPU que consisteix en tres passos.

La CPU realitza repetitivament la recuperació, descodificar, executar cicle per executar una instrucció de programa. La cicle de màquina és part de la cicle d' instruccions .

La funció principal del sistema d' ordinadors és executar el programa. El programa d'ordinadors consisteix en el conjunt d' instruccions. La unitat de processament central ( CPU ) és responsable d' executar aquestes instruccions del programa.

Què és el cicle d' instrucció?

Les instruccions del programa es desen a la memòria principal RAM . La memòria de l'ordinador està organitzada en nombre de cèl·lules. Cada cel· la ( emplaçament) té una adreça específica de memòria.

El processador inicia l' execució del programa buscant les instruccions de la màquina un a un de la memòria principal.

La CPU executa aquestes instruccions fent una seqüència repetitiva de quatre passes anomenades cicle d' instruccions. Cada part del cicle d' instruccions requereix nombre de cicles de màquines per completar aquesta part.

Per tal d'entendre el cicle d' instruccions, és important entendre primer alguns temes relacionats abans de començar la discussió sobre el concepte de cicle d' instruccions .

Com l'ordinador Executa el programa?

En aquest article, aprendreu què és el cicle d' instruccions, com està relacionat amb el cicle de màquina.

També discutirem alguns conceptes fonamentals com ara quines són les instruccions del programa, Format d' instrucció , com unitat de control Descodificador d' instruccions, velocitat del rellotge de la CPU i el cicle d' instrucció.

Comencem per primera vegada amb alguns conceptes bàsics necessaris per entendre com funciona el cicle d' instruccions.

Què és el programa d'ordinadors?

El sistema informàtic necessita un conjunt d' instruccions que dirigeix l' ordinador per realitzar les operacions desitjades. Aquest conjunt d' instruccions que pot interpretar l' ordinador i executar s' anomena un programa d' ordinador.

La programa d'ordinadors és un component essencial de tots els sistemes informàtics. L'elecció de l'idioma de programació depèn del tipus que s' està desenvolupant el programari.

El programari de l'aplicació s'ha escrit usant llengües de programació d'alt nivell. Algunes llengües de programació usades normalment inclouen llenguatge C, C++, Java JavaScript i Python.

Programa d'ordinadors

Compilació del programa

El programa d' ordinador escrit en qualsevol idioma de programació d' alt nivell s' ha de convertir en format llegible de màquina binari .

Les instruccions del codi en binari són un conjunt d' instruccions de programa que poden executar- se directament pel sistema ordinador.

Cicle d' instrucció

Què és la instrucció del programa?

La programa d'ordinadors Una sèrie d' declaracions de programa també s' anomenen com a instruccions de programa. Cada instrucció de programa realitza una tasca específica.

Les instruccions del programa són instruccions de la màquina en format binari que la CPU pot executar directament. El sistema operatiu carrega les instruccions de la màquina a la RAM principal per iniciar l' execució del programa.

La CPU inicia l' execució del programa portant- los un a un. La unitat de control descodifica les instruccions de la màquina com per a Format d' instrucció .

El programa d' ordinadors usa diferents tipus d' instruccions de programa com a lògica i algorisme per al programa.

Per exemple, les instruccions del programa poden realitzar operacions d'entrada i de sortida o càlculs aritmètica o alguna decisió lògica fent operació.

Instruccions de programa

Depenent del tipus de llenguatge de programació, el compilador del programa converteix tot el programa en un codi executable (entre les instruccions de la màquina). En cas d'interpretar el llenguatge, aquesta conversió té una línia per línia.

El codi executable consisteix en el conjunt de instruccions de la màquina en binari que es pot descodificar directament i executar per la CPU.

Compilació del programa

Què està processant la Unitat Central?

La unitat de processament central ( CPU ) és el cervell i el motor de processament del sistema ordinador. La CPU proporciona el poder de processament real al sistema.

La funció principal de la CPU és executar el programa de l' ordinador i controlar totes les operacions realitzades pel sistema ordinador.

Arquitectura de micro de CPU

Instructura d' instrucció de CPU Defineix l' arquitectura (SA )

Cada processador de micro processador implementa i accepta un conjunt d' ordres binaris que la CPU pot descodificar i executar.

Aquest conjunt d' ordres està relacionat amb el circuit de microprocessadors durant el procés de fabricació de processadors. Aquest conjunt d' ordres implementats per la CPU s' anomena arquitectura set d' instrucció (ISA ).

Arquitectura de punts d' instrucció

I per aquesta raó, el compilador compila el programa per a una plataforma específica. El compilador del programa genera un codi executable que es pot executar en una plataforma específica.

Cicle d' instrucció

Format d' instrucció

Què és el format d' instrucció?

El programa de l' ordinador consisteix en nombre d' instruccions que directes a la CPU per realitzar una operació específica.

No obstant això, la CPU ha de saber els detalls com ara quina operació s' ha de realitzar, en quines dades i la localització de les dades. Aquesta informació es proporciona pel format d' instrucció.

La CPU inicia l' execució del programa portant les instruccions d' un a un de la memòria principal RAM . La unitat de control de la CPU descodifica la instrucció del programa.

Format d' instrucció del programa

La unitat de control de la CPU descodifica les instruccions basades en el format d' instrucció.

És el format d' instrucció que proporciona els detalls de l' operació a realitzar ( opode ), adreça efectiva del operand i les dades ( operand ) en el que es durà a terme l' operació.

La Format d' instrucció defineix la disposició i l' estructura de la instrucció del programa que es pot descodificar per la CPU i després realitzar l' operació desitjada en les dades.

El format d' instrucció consisteix essencialment en tres parts que inclouen OPCODE, OPERAND i el model de contacte.

Format d' instrucció de màquina

MODE d' adreces
OPCODE
OPERAND
MODE d' adreces
OPCODE
OPERAND

Format d' instrucció

Què és el Codi d'Operació?

OPCODE

En arquitectura del microprocessador la OPCODE forma part de la instrucció de màquines que especifica quina operació s' ha de realitzar per la CPU en executar la instrucció.

La OPCODE dirigeix la unitat de control de la CPU a operar a les dades (OPERAND) com està implementada per l' arquitectura set d' instrucció (ImSA) del xip de processador.

Format d' instrucció

Què és OPERAND?

OPERAND

En arquitectura del microprocessador la OPERAND Només significa les dades en les que la CPU realitza l' operació desitjada.

L' OPERAND és part de la instrucció de màquines que especifica les dades en si mateix o una referència a les dades, com l' adreça de memòria que conté les dades actuals.

La CPU descodificadora la OPERAND part de la instrucció de màquines tal com s' especifica en el mode de contacte. Hi ha diferents tipus de modes d' adreçament emprats en el format d' instrucció.

Format d' instrucció

Què és el mode d' adreçament?

ADDRESS MODE

En arquitectura del microprocessador, la Mode d' adreçació forma part de l' instrucció de màquines que especifica les regles de la CPU mentre funciona a la part d' instrucció OPERAND.

El mode de contacte part del format d' instrucció de màquines us permet especificar si el valor OPERAND és una dada directa o és una referència indirecte.

Els bits OPERAND poden representar un valor directe, o l' adreça de memòria principal o el número de registre de la CPU. És el mode de contacte que indica el tipus del valor OPERAND.

Format d' instrucció - Mode d' adreça

Si la Mode d' adreçació s' especifica com a indirecte llavors l' OPERAND conté una adreça de memòria que apunta a les dades actuals.

El format d' instrucció de codi màquina pot usar deu tipus diferents de modes de contacte depenent del tipus d' instrucció.

Cicle de màquines

Què és el cicle de màquines?

El sistema operatiu carrega la còpia executable del codi de programa i les dades que s' han de processar a la memòria principal. La memòria principal conté les instruccions del programa en forma de instruccions de la màquina .

La CPU és responsable d' executar aquestes instruccions de la màquina. Per tal de realitzar qualsevol tasca, la CPU ha de fer una seqüència de passos repetitives. Aquesta seqüència de passos s'anomena un cicle de màquina .

La cicle de màquina és una part de la cicle d' instruccions . La CPU pot realitzar un nombre de cicles de màquina per executar una única instrucció.

Cicle de màquines

La cicle de màquina és l'operació bàsica del microprocessador per a realitzar qualsevol activitat. Per a cada part del cicle d' instruccions, es requereix un nombre específic de cicles de màquina.

La CPU contínuament realitza el cicle de màquina per executar les instruccions del programa una per una.

El cicle d' instruccions consisteix en seqüència de quatre passos. Aquestes quatre operacions de CPU inclouen Obtén , Descode , Executa i Emmagatzema .

I per tant, per executar una única instrucció de programa, la CPU podria necessitar un o més cicles de màquina. El nombre de cicles de màquina requerit depèn del tipus i de l' arquitectura de la CPU.

Per exemple, els 8085 i 8086 necessiten diferents cicles de màquina per executar la mateixa instrucció.

Cicles de màquines

Cicle d' instrucció

Què és el cicle d' instrucció?

En paraules simples, la cicle d' instruccions és el temps que s' ha pres la CPU per recuperar i executar una única instrucció de màquines.

El programa d' ordinadors conté diferents tipus d' instruccions. Depenent de la complexitat de la instrucció del programa, la CPU pot necessitar un o més cicles de màquina per executar una única instrucció.

I per tant, la cicle de màquina és una part de la cicle d' instruccions . No obstant això, en el món de informàtica, el cicle de màquines i les instruccions s'utilitzen per indicar el mecanisme d'execució de la CPU.

Format d' instrucció

Execució d' instrucció

La Processador és conduït per un intern rellotge . Aquest rellotge genera un flux constant de polss de rellotge. Aquests senyals de rellotge analògics es converteixen en el pols del rellotge digital (ona quadrada).

La Freqüència del rellotge que porta la CPU s'anomena la freqüència del processador. Així que, més alta la freqüència, més ràpid serà la velocitat d'execució del processador ( CPU ).

Per a cada cicle del rellotge, la CPU completa una part del procés d' execució. Aquesta execució d' instrucció pot ser una unitat d' obtenció, descodificar, executar o emmagatzemar una operació.

CPU és Driven per corrent de dades del Rellotge Puls

Cada instrucció de programa passa per diferents fases d' execució. La CPU normalment completa una cicle d' instruccions En quatre cicles de rellotge.

No obstant això, segons la complexitat, el tipus d' instruccions i el mode de contacte d'algunes instruccions poden trigar més marques de rellotge.

Cicle d' instrucció

Velocitat del rellotge de la CPU i el cicle d' instrucció

El processador està conduït per un rellotge intern que genera el flux constant de polss de rellotge. Per cada pols del rellotge, la CPU realitza part de l'execució.

I per tant, més ràpid el Velocitat del rellotge Més ràpid serà la velocitat de l'execució de la CPU. La velocitat del rellotge es mesura Hertz. La velocitat de la CPU es mesura a Gigahertz (GHz).

Cicle del rellotge de la CPU

La velocitat del microprocessador ( CPU ) depèn del nombre de cicles del rellotge necessaris per executar les instruccions. Acard symbol cicle del rellotge és el temps pres entre el dos polsos d'un oscil·lador.

El processador serà capaç de treballar més ràpid per al major nombre de polsos de rellotge per segon. La velocitat del rellotge es mesura el seutz ( Hz). La unitat més comuna de velocitat del rellotge a Megathertz ( MHz ) o Gigaherz ( GHz ).

Per exemple, el processador amb velocitat de rellotge 3 GHz farà 3.000,000.000 cicles de rellotge per segon. La velocitat del processador també depèn significativament d' altres factors com tipus de processadors i la seva arquitectura de micro.

Cicle del rellotge de la CPU

Pass del cicle d' instrucció

Arquitectura de conducte

Què és la declaració d' instrucció?

La indústria del maquinari inventa noves tecnologies per millorar la velocitat del processador. La velocitat del processador s'ha millorat significativament des de la seva incepció.

L'arquitectura canonada o el paral· lelisme d' instruccions ha millorat significativament la velocitat de la CPU. El paral· lelisme d' instruccions ajuda a processar el nombre d' instruccions per al mateix nombre de cicles del rellotge.

La CPU pot executar les instruccions en dos modes. Aquests dos modes són Surellitzat i sense perfilat Mode de processament que depèn de l' arquitectura de la CPU.

Cicle d' instrucció

Què és la declaració d' instrucció?

Podem comparar el concepte de paral·lel d'instructures que és similar a la tècnica utilitzada en la producció de la línia de muntatge.

A la línia de muntatge, el procés de producció està dividit en un nombre adequat de treballs per a la producció simultània. Aquesta metodologia de producció permet la taxa de producció més ràpida.

De manera similar, en arquitectura canonada, cada instrucció està dividida en un nombre fix de fases com recuperar, descodificar i executar. Per cada cicle del rellotge, la CPU completa una etapa de la instrucció.

El procés de canonada permet que la CPU processi simultàniament el nombre d' instruccions. I per tant, la CPU pot executar les instruccions del programa en menys nombre de cicles de rellotge.

Execució d' instrucció no similar

La CPU pot processar més instruccions en paral· leles. Mentre que, en arquitectura sense cable, la CPU executa només una instrucció alhora. No obstant això, el processador modern dóna suport al paral· lelisme d' instruccions.

En el paral· lelisme de les instruccions, per a cada cicle del rellotge La CPU completa una part de la instrucció. Això podria ser o bé recuperar operació, descodificar l' operació o executar l' operació.

Una ronda del cicle de màquina necessita dotze cicles de rellotge. I un cicle d' instruccions necessita qualsevol lloc entre un a quatre cicles de màquina depenent de la complexitat de les instruccions.

Execució d' instrucció de conducte

Cicle d' instrucció

Què és l'arquitectura de la línia de conducte?

En l'arquitectura canonada, la CPU pot processar simultàniament alguna part del nombre d' instruccions en paral·lel.

I com a resultat, la CPU pot optimitzar en la seqüència d'execució de les instruccions. Per tant, en arquitectura canonada, menys nombre de cicles de rellotge requerits per executar el mateix nombre d' instruccions.

Arquitectura no identificada

Arquitectura de conducte

Cicle d' instrucció

Què és Arquitectura no identificada?

En arquitectura sense cable, la CPU només pot executar instrucció de programa després d'un altre. La CPU no té l' habilitat de processar el nombre d' instruccions en paral· lel.

I com a resultat, la CPU no pot optimitzar en la seqüència d'execució de les instruccions. Per aquesta raó, en l'arquitectura sense cable, es requereix més nombre de cicles del rellotge per executar el mateix nombre d' instruccions com a instruccions comparat amb les instruccions canonades.

Cicle d' instrucció

Obtén el cicle d' execució

Step- For-StepComment

Cada instrucció executada per la CPU va a través de diferents fases a cada cicle del rellotge. Anem a fer un cop d'ull a les diferents fases de l'execució del cicle d' instruccions.

Per tal d'entendre l'execució pas a pas del cicle d' instruccions, permetem trencar el cicle en sèrie de passos iniciats per la CPU per executar una instrucció.

Execució del cicle d' instrucció

Pas - 1

Comença el cicle d' instrucció

La primer La fase del cicle d' instrucció s' anomena un FETCH fase. El cicle d' instrucció comença amb el comptador de seqüències (CC) inicialitzat a zero.

SC < 0ClideConstellation name (optional)

Pas - 2

Fes una fase - Al Rellotge Pulse (T - 0)

El registre del comptador de programes ( PC) conté l' adreça de la següent instrucció. En el primer cicle del rellotge (- 0) el contingut (adreça) del PC s' assignarà al registre de l' adreça (AR).

PC AR < PC PCPConstellation name (optional)

Pas - 3

Fes una fase - Al Rellotge Putse (T - 1)

En el proper cicle del rellotge (- 1), la instrucció s' agafa de la memòria i s' envia al registre d' instruccions (RIR) i al mateix temps el comptador del programa ( PC) també s' incrementa amb un increment.

El comptador de programes ( PC) ara apunta a la ubicació de la memòria de la següent instrucció a recuperar.

Format d' instrucció (16 Bits)

Pas - 4

Fase de codi - At Rellotge Pulse (T - 2)

La segona fase del cicle d' instruccions s'anomena un Descode Fase. La unitat de control de la CPU descodificarà la instrucció del programa un cop s' hagi recuperat al registre d' instruccions (IR ).

La instrucció està descodificada per la unitat de control de la CPU com a per al codi d' operació ( OPCODE ) especificat per 3 bits ( Bits 12, 13, 14).

Pas - 5

Tipus d' instrucció Decode - At Rellotge Pulse (T - 2)

La unitat de control de la CPU ha de descodificar primer la tipus de les instruccions. Els tres tipus d' instruccions inclouen instrucció de referència de memòria, registre d' instrucció de referència o instrucció d' entrada / sortida.

El tipus d' instrucció està descodificat pel descodificador 3 X 8. El tipus d' instrucció està decidit pel valor de la D7 .

Els tres bits OPCODE Pot tenir 8 valors començant des de ( D0, D1, D2,..., D6, D7). En altres paraules, l'OPCODE pot tenir valors D0 000 a D7 - 1 111.

Pas - 6

Mode d' adreça de descodificar - En el Rellotge Pulse (T - 3 )

Si el valor de D7 és 0 llavors tipus d' instrucció és Referència de memòria tipus. Si el valor del D7 és 1, aleshores el tipus d' instrucció pot ser registrat tipus de referència o instrucció d' entrada / sortida.

Si la D7 = 1 i I = 0 Llavors el tipus d' instruccions és Registra la referència tipus. Else si la D7 = 1 i I = 1 Llavors el tipus d' instruccions és Entrada / sortida Tipus d' instrucció.

La Descodificador de fase acaba després de decidir el tipus d' instrucció i posterior decisió basada en el valor de I present en els 15 th Una mica.

Per Referència de memòria Les instruccions, l' operació de descodificar decideix el mode de direcció de la instrucció.

El mode de adreça depèn del valor del que presenti en els 15 th Una mica del format d' instrucció. Si aquest valor I = 0 Llavors, el mode d' adreçació és Directname of the encoding target Si no, el mode és Indirecte si I = 1 .

La fase de descodificador acaba aquí i ara comença la fase d' execució.

Pas - 7

Fase d' execució - Al Rellotge Pulse (T - 4 )

Després de completar la fase de descodificador, la fase d' execució Comença. En la fase d' execució del cicle d' instrucció, el processador realitza l' operació desitjada en les dades ( operand ) situat al registre de l' acumulador.

Per a la referència de registre i per a l' entrada / instrucció de sortida l' execució és directament endavant. El processador realitza l' operació desitjada i el comptador de seqüències (SC) torna a ser inicialitzat a zero.

Executa ValparaísoCity name (optional, probably does not need a translation) Referència de registre Instrucció SC < 0ClideConstellation name (optional)

Executa ValparaísoCity name (optional, probably does not need a translation) Entrada i sortida Instrucció SC < 0ClideConstellation name (optional)

Per a instruccions de referència de memòria, els 15 th El bit decideix l' execució directa o indirecte depèn del mode de contacte.

Per Directname of the encoding target referent I = 0 i el processador executa l' operació desitjada en les dades obtingudes des de l' adreça (els bits 0 a 11) i el comptador de seqüències (CC) torna a inicialitzar- lo a zero.

No obstant això, per Indirecte referent I = 1 i l' adreça efectiva és el primer que es troba. El processador executa l' operació desitjada de les dades obtingudes des de l' adreça efectiva (uns 0 a 11 punts a l' adreça efectiva ). I el comptador de seqüències (CCL) torna a inicialitzar- lo a zero.

Executa ValparaísoCity name (optional, probably does not need a translation) Referència de memòria directa Instrucció SC < 0ClideConstellation name (optional)

Executa ValparaísoCity name (optional, probably does not need a translation) Referència d'indirecta de la memòria Instrucció SC < 0ClideConstellation name (optional)

Cicle d' instrucció

Atura la fase i Interromp

Després de completar la fase d' execució del cicle d' instruccions, el control torna a la fase d' obtenció on comença el cicle d' instruccions.

El cicle d' instruccions pot anar a fase d' aturada després de la fase d' execució si troba un senyal d' aturada enviat pel interromp .

El processador assisteix a la interrupció i torna a reprendre l' execució del cicle d' instruccions.