一条指令的执行过程
标准流水线测测试试题
2.请写出2种数据相关方式，并举例说明分别在什么情况下发生（采用设计程序段的方式来说明）
答：
⑴写读相关：
例如程序段R0=R1×R4; R2=R0×R3若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生写读相关
⑵读写相关
例如程序段R2=R0×R3; R3=R4-1若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生读写数据相关
A. 2.4
B. 2.46
C. 2.67
D. 2.75
答案：B
★★
16.一条4个功能段的加－乘静态流水线，四个功能段如下所示，计算 ，最少需要经过多少时间，假设运算的结果有专门的输出通路连接到输入端。并且只有当一个流水线排空后流水线才可以发生另一种运算。
（1）取指
（2）译码、取数
（3）运算
（4）写结果
A. 流水线设备
B. 上海流水线
C. 无锡流水线
D. 杭州流水线
答案B
★★
3.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的执行时间均为 ，连续执行n条指令所需要花费的最短时间约为（假设仅有“取指令”和“分析”可重叠并假设n足够大）：
A.
B.
C.
D.
答案B
★★
4.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的执行时间分别为 、 和 ，连续执行n条指令所需要花费的最短时间约为（假设仅有“取指令”和“执行”可重叠并假设n足够大）：
超标量处理机一般具有多于一条的流水线，一台m度的超标量处理机可同时发射m条指令，指令的发射等待时间为1个时钟，指令的并行度为m。
超流水线处理机一般具有一条k段的超流水线，一台n度的超流水处理机可以同时发射一条指令，指令的发射等待时间为1/n个时钟周期，每个时钟周期共发射n条指令。指令的并行度为n。
单片机的工作原理是什么？
单片机的工作原理是什么？一、单片机程序执行过程单片机的工作过程实质就是执行程序的过程，也就是我们常说的逐条执行指令的过程。
单片机每执行一条指令均可分为三个阶段：取出指令、分析（译码）指令、执行指令。
大多数8位单片机的取指、译码、执行这三步都是按照串行顺序依次进行的。
32位单片机的这三步也是必不可少的，但是它是采用预取指令的流水线方式操作，并采用精简指令集，每条指令都是单周期指令，所以它允许指令并行操作。
例如再取出第一条指令后，开始对这条指令译码的同时，取出第二条指令；在第一条指令执行时，第二条指令开始译码，然后取出第三条指令，第二条指令同时执行。
如此循环。
从而使CPU在同一时间对不同指令实现不同操作，这样就实现了指令的并行处理，大大加快指令的执行速度。
二、单片机执行指令的三个阶段下面分别说说单片机执行指令的三个阶段。
1、取指令阶段根据程序计数器PC的值，从程序存储器读出当前要执行的指令，并将该指令送到指令寄存器。
2、指令译码阶段取出指令寄存器中的指令操作码进行译码，解析出指令要实现那种操作。
（例如是执行数据传送还是进行数据的加减运算）3、执行指令阶段执行指令规定的操作。
（例如对于带操作数的指令，先取出操作码，再取出操作数，然后按照操作码的类型对操作数进行操作）三、单片机工作过程单片机采用“存储程序”的工作方式，即事先把程序加载到单片机的存储器中，当启动运行后，计算机便自动进行工作。
1、单片机的模型机指令表下表是单片机的模型机指令表，我们以LDA 23这条指令为例，来说明单片机的指令执行过程。
2、执行一条指令的顺序单片机执行程序是一条指令一条指令执行的，执行一条指令的过程可分为两个阶段。
在单片机中，“存储程序”第一条指令的第一个字节一定是操作码。
这样，CPU首先进入取指阶段，从存储器中取出指令，并通过CPU译码后，转入执行指令阶段，在这期间，CPU执行指令指定的操作。
取指阶段是由一系列相同的操作组成的，因此，取指阶段的时间总是相同的。
计算机的工作原理是什么
计算机的基本原理是存贮程序和程序控制预先要把指挥计算机如何进行操作的指令序列(称为程序)和原始数据通过输入设备输送到计算机内存贮器中。
每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地址去等步骤。
计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存贮器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。
接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。
依此进行下去，直至遇到停止指令。
o 程序与数据一样存贮，按程序编排的顺序，一步一步地取出指令，自动地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作原理。
这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯.诺依曼于1945年提出来的，故称为冯.诺依曼原理。
什么是计算机的工作原理1、计算机系统的组成微型计算机由硬件系统和软件系统组成。
硬件系统：指构成计算机的电子线路、电子元器件和机械装置等物理设备，它包括计算机的主机及外部设备。
软件系统：指程序及有关程序的技术文档资料。
包括计算机本身运行所需要的系统软件、各种应用程序和用户文件等。
软件是用来指挥计算机具体工作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。
计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五部分组成。
2、计算机的工作原理(1)冯?诺依曼原理“存储程序控制”原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯?诺依曼提出的，所以又称为“冯?诺依曼原理”。
该原理确立了现代计算机的基本组成的工作方式，直到现在，计算机的设计与制造依然沿着“冯?诺依曼”体系结构。
(2)“存储程序控制”原理的基本内容①采用二进制形式表示数据和指令。
②将程序(数据和指令序列)预先存放在主存储器中(程序存储)，使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令，并加以执行(程序控制)。
③由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机硬件体系结构。
(3)计算机工作过程第一步：将程序和数据通过输入设备送入存储器。
实验四一条指令的执行过程
PC被访问后其中的内容发生了什么变化为什么
PC中的指令地址自动加一因为这一指令执行完要执行下一次指令
RRAM传来的指令存放在哪里？
指令寄存器IR
IR中存放的指令二进制编码是什么？
0001 110100 110110
步骤3指令译码
0000 0034
RAM中加数二的编码与内存地址
0000000000001100 0036
步骤2取指令
CPU使用哪根总线将PC中的内存地址送至RAM
AB
RAM将CPU传来的指令地址存储在哪里？
地址储存器
RMA中存放的是什么具体的二进制编码是什么
指令编码00011101 00110110
RMA中二进制编码对应的内存地址是什么该内存地址中存放了什么数据该数据放在哪个寄存器中
AB地址储存器
RAM把第一个操作数存放在哪个寄存器上，通过哪组总线传送给CPU
数据寄存器DB
CPU把取到的第一个操作数存放在哪里？
GR
步骤5加法计算
CPU把两个加数放入哪里进行加法运算？
ALU计算器
当两个加数相加结束后，CPU把相加结果存放在哪里？
加数一所在的通用寄存器中
实验四一条指令的执行过程
实验四
学号：16姓名：田雄辉班级：07011606实验时间：实验报告表4-1 一条指令执行过程记录表
步骤1用户指定两个加数
加数1，加数2
3000 12
PC中存储的指令地址
00000000 00001011
RAM中对应指令地址中的指令编码
00011101 00110110
RAM中加数一的编码与内存地址
IR中的操作码和两个操作数的内存地址分别是什么（
指令的执行过程
DS
CU1
… … CUnΒιβλιοθήκη ISPE1… IS
PEn DS
MM1
…
MMn
I/O
……
MM主存贮模块，SM共享存储器
4．多指令流多数据流 MIMD
多机系统----多个处理器系统或多计算机系统每个处 理机可以独立执行指令和处理数据一般并行计算机大 IS SM 多采用这种结构。 IS 共享存储器为：紧耦 PE1 CU1 MM1 合 … … 分布存储器为：松耦 … 合 IS PEn CUn MMn
(2) 取指令“ADD R1，M2”并执行
① 取指令“ADD R1，M2”并形成下一条指令的地址： 操作过程同(1)中的①。 ② 执行指令“ADD R1， M2”： (i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中指令的地址段 (即M2)→MAR； (ii) 控制器发“M读”信号，使存储器M2的内容(数据)→MDR， 通过DBUS； (iii) 控制器发“MDROUT”和“YIN”信号，使MDR→Y(即ALU的A 端)； (iv) 控制器发“R1OUT”，使R1→内部总线(即ALU的B端)； (v) 控制器发“add”信号，使A+B→Z； (vi) 控制器发“ZOUT”和“R1IN”信号，使Z→R1。
② 执行指令“LOAD R1，M1”： (i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中 指令的地址段(即M1)→MAR； (ii) 控制器发“M读”信号，使存储器M1的内 容(数据)→MDR，通过DBUS； (iii) 控制器发“MDROUT”和“R1IN”信号，使 MDR→R1。
第五条指令（只有一个字节）
第六条指令
指令及程序的执行过程
计算机执行程序的过程可归纳如下： (1) 控制器把PC中的指令地址送往存储器地址寄存器 MAR，并发出读命令“M读”。存储器按给定的地址读 出指令，经由存储器数据寄存器MDR送往控制器，保 存在指令寄存器IR中。
51单片机程序执行流程详细分析
51单片机程序执行流程详细分析单片机执行程序的过程，侧重硬件过程为了加深初学者对51单片机指令的理解，现在把指令执行的过程在此详细说明，希望对你有启发！单片机执行程序的过程，实际上就是执行我们所编制程序的过程。
即逐条指令的过程。
计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。
即取指令-----分析指令-----执行指令。
取指令的任务是：根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令，送到指令寄存器。
分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质。
如指令要求操作数，则寻找操作数地址。
计算机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令可循环等待指令。
一般计算机进行工作时，首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器，然后逐条取出执行。
但单片机中的程序一般事先我们都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中。
因而一开机即可执行指令。
下面我们将举个实例来说明指令的执行过程：开机时，程序计算器PC变为0000H。
然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。
执行过程实际上就是取出指令（取出存储器中事先存放的指令阶段）和执行指令（分析和执行指令）的循环过程。
例如执行指令：MOV A,#0E0H，其机器码为“74H E0H”，该指令的功能是把操作数E0H送入累加器， 0000H单元中已存放74H，0001H单元中已存放E0H。
当单片机开始运行时，首先是进入取指阶段，其次序是：1. 程序计数器的内容（这时是0000H）送到地址寄存器；2. 程序计数器的内容自动加1（变为0001H）；3. 地址寄存器的内容（0000H）通过内部地址总线送到存储器，以存储器中地址译码电跟，使地址为0000H的单元被选中；4. CPU使读控制线有效；5. 在读命令控制下被选中存储器单元的内容（此时应为74H）送到内部数据总线上，因为是取指阶段，所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。
计算机的工作原理是什么
计算机的工作原理是什么很多人都会用电脑，那么你知道计算机的工作原理是什么吗店铺总结了一些资料，供大家参考!计算机的基本原理是存贮程序和程序控制预先要把指挥计算机如何进行操作的指令序列(称为程序)和原始数据通过输入设备输送到计算机内存贮器中。
每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地址去等步骤。
计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存贮器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。
接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。
依此进行下去，直至遇到停止指令。
o 程序与数据一样存贮，按程序编排的顺序，一步一步地取出指令，自动地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作原理。
这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯.诺依曼于1945年提出来的，故称为冯.诺依曼原理。
什么是计算机的工作原理1、计算机系统的组成微型计算机由硬件系统和软件系统组成。
硬件系统：指构成计算机的电子线路、电子元器件和机械装置等物理设备，它包括计算机的主机及外部设备。
软件系统：指程序及有关程序的技术文档资料。
包括计算机本身运行所需要的系统软件、各种应用程序和用户文件等。
软件是用来指挥计算机具体工作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。
计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五部分组成。
2、计算机的工作原理(1)冯?诺依曼原理“存储程序控制”原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯?诺依曼提出的，所以又称为“冯?诺依曼原理”。
该原理确立了现代计算机的基本组成的工作方式，直到现在，计算机的设计与制造依然沿着“冯?诺依曼”体系结构。
(2)“存储程序控制”原理的基本内容①采用二进制形式表示数据和指令。
②将程序(数据和指令序列)预先存放在主存储器中(程序存储)，使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令，并加以执行(程序控制)。
[精品]指令的执行过程
![[精品]指令的执行过程](https://img.taocdn.com/s3/m/217e2354998fcc22bdd10d1f.png)
ADD R1, M2
IR
STORE M3, R1
JMP L
PC
L
ABUS DBUS
MAR MDR
内 部
R0
总
线 Rn-1
M1
a
M2
b
M3
c
Y
A
B
ALU
F
Z
图 5.8 单总线CPU的计算机的基本结构(模型机)
下面，以前面给出的、由4条指令组成的程序段为例， 结合图5.8中所示的计算机结构，简述指令及程序的执 行过程。
CPU的模型
CPU ALU
PSWR
AC
+1
PC
MAR
主 存
I/O
控制信号 CU ID IR MDR
…
计算机的工作过程
假设在某计算机的指令系统中设计有如下的几条指令：
(1) LOAD R1, M1 (2) STORE M3, R1 (3) ADD R1, M2 (4) JMP L
(1)是传送类指令，其含义是将M1中的内容装入R1。 (2)也是传送类指令，其含义是将R1的内容存入M3中。 (3)是运算类指令，其含义是将R1的内容与M2中的内容相加后存入
容(数据)→MDR，通过DBUS； (iii) 控制器发“MDROUT”和“R1IN”信号，使
MDR→R1。
(2) 取指令“ADD R1，M2”并执行
① 取指令“ADD R1，M2”并形成下一条指令的地址：
操作过程同(1)中的①。
② 执行指令“ADD R1， M2”：
(i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中指令的地址段
四条指令LOAD、ADD、STORE、JMP的操作码分别为0000、 0001、0010、0011。
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PC被访问后其中的内容发生了什么变化？为什么？
PC中的指令地址自动加一因为这一指令执行完要执行下一次指令
RAM将MDR中的数据通过哪条总线传送给力CPU？
DB
CPU将RAM传来的指令存放在哪里？
指令寄存器IR
IR中Байду номын сангаас放的指令二进制编码是什么？
0001 110100 110110
步骤3指令译码
IR中的操作码和两个操作数的内存地址分别是什么？（请分别用用六位二进制数和四位十六进制表示）
000001 0001
操作数一：110100 0034
操作数二：110110 0036
译码在哪里进行？并通过哪组总线把该操作传递给RAM？
CU控制器CB
步骤4取数据
CPU通过哪组总线传送地址？RAM将这个地址存放在哪里？
RAM中加数一的编码与内存地址
00000000000001100 0036
步骤2取指令
CPU使用哪根总线将PC中的内存地址送至RAM？
AB
RAM将CPU传来的指令地址存储在哪里？
地址储存器
MAR中存放的是什么？具体的二进制编码是什么？
指令编码00011101 00110110
MAR中二进制编码对应的内存地址是什么？该内存地址中存放了什么数据？该数据放在哪个寄存器中？
实验
实验名称：
实验时间：2018年
实验报告表4-1一条指令执行过程记录表
步骤1用户指定两个加数
加数1，加数2
300012
PC中存储的指令地址
00000000 00001011
RAM中对应指令地址中的指令编码
00011101 00110110
RAM中加数一的编码与内存地址
0000101110111000 0034
AB地址储存器
RAM把第一个操作数存放在哪个寄存器上，通过哪组总线传送给CPU？
数据寄存器DB
CPU把取到的第一个操作数存放在哪里？
GR
步骤5加法计算
CPU把两个加数放入哪里进行加法运算？
ALU计算器
当两个加数相加结束后，CPU把相加结果存放在哪里？
加数一所在的通用寄存器中