一.计算机工作过程

计算机工作的过程，即一条条指令工作的过程：

取指令：

• 1.(PC)—>MAR，把PC存放的指令存储地址传送给MAR
• 3.M(MAR)—>MDR，主存根据地址取出指令存放到MDR中
• 4.(MDR)—>IR，指令从MDR传到IR中

分析指令：

• 5.OP(IR)—>CU， 把指令操作码送到CU中

执行指令：

• 6.Ad(IR)—>MAR，把指令的地址码送到MAR
• 8.M(MAR)—>MDR，主存再根据地址取出操作数存放到MDR中
• 9.(MDR)—>ACC，再把操作数送到ACC中进行运算

二.数据通路

同位词：微操作序列、所需控制信号、指令流程

其实这些词都是要你画出数据通路。

例如，基于上面的图，分析ADD (R0),R1的指令流程和控制信号：

取指周期：

时序	微操作	有效控制信号	注释
1	(PC)—>MAR	PCout ，MARin	把PC存放的指令存储地址传送给MAR
2	M(MAR)—>MDR	MemR,MARout ,MDRin E	主存通过数据总线将MAR所指单元的内容送至MDR
3	(MDR)—>IR	MDRout ,IRin	将MDR的内容送至IR
4	指令译码	-	操作字开始控制CU
5	(PC)+1—>PC	-	当PC+1有效时，使PC内容加1

间址周期：

时序	微操作	有效控制信号	注释
1	(R0)—>MAR	R0out ,MARin	将（R0）中的（形式）地址送至存储器地址寄存器
2	M(MAR)—>MDR	MemR,MARout,MDRin E	主存通过数据总线将MAR所指单元的内容（有效地址）送至MDR中
3	(MDR)—>Y	MDRout , Yin	将MDR中数据通过数据总线送至Y

执行周期：

时序	微操作	有效控制信号	注释
1	(R1)+(Y)—>Z	-	R1的内容和Y的内容相加，结果送至寄存器Z
2	(Z)—>MDR	-	将运算结果送至MDR
3	(MDR)—>M(MAR)	-	向主存写入数据

三.指令流水线的影响因素

1.结构相关

由于多条指令在同一时刻争用同一资源而形成的冲突称为结构相关。

解决方法：

• 1.后一相关指令暂停一周期
• 2.资源重复配置：数据存储器+指令存储器

2.数据相关

数据相关指在一个程序中，存在必须等前一条指令执行完才能执行后一条指令的情况，则这两条指令即为数据相关。

解决办法:

• 1.把遇到数据相关的指令及其后续指令都暂停一至几个时钟周期，直到数据相关问题消失后再继续执行。可分为硬件阻塞(stal)和软件插入“NOP”两种方法。
• 2.数据旁路技术。
• 3.编译优化:通过编译器调整指令顺序来解决数据相关。

3.控制相关

当流水线遇到转移指令和其他改变PC值得指令而造成断流时，会引起控制相关。

解决办法:

• 1.转移指令分支预测。简单预测(永远猜ture或false)、动态预测(根据
  历史情况动态调整)
• 2预取转移成功和不成功两个控制流方向上的目标指令。
• 3.加快和提前形成条件码
• 4.提高转移方向得猜准率

四.指令系统

1.相关概念

• 指令：指示计算机执行某种操作的命令
• 指令系统（指令集）：一台计算机的所有指令的集合
• 指令集体系结构（ISA)：指令系统是ISA中最核心的部分

IS规定的内容主要包括：指令格式，数据类型和格式，操作数的存放方式，程序可访问的寄存器个数、位数和编号，存储空间的大小和编制方式，寻址方式，指令执行过程的控制方式等。

2.指令的基本格式

操作码字段	地址吗字段

通常，把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令，指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令，指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。

（关于机器字长、存储字长和指令字长的关系，可以查看我本专栏的第一篇文章机器字长、存储字长和指令字长的关系

3.指令格式

在计算机程序设计中，指令的地址通常包含了要进行的操作和数据的地址。根据指令所携带的地址数目不同，指令可以分为三类：零地址指令、一地址指令和二地址指令。

1. 零地址指令： 零地址指令没有任何地址，它们适用于对数据堆栈进行操作的指令。例如，“PUSH”指令将一个值压入堆栈中，“POP”指令将堆栈顶部的值弹出。
2. 一地址指令： 一地址指令接受一个地址参数，并且在该地址上执行操作。一地址指令通常用于处理数组或结构体。例如，“INC X”指令将X地址处的值增加1。
3. 二地址指令： 二地址指令接受两个地址参数，第一个参数是源地址，第二个参数是目标地址。它们通常用于进行算术或逻辑运算。例如，“ADD A, B”指令将B地址处的值加到A地址处的值上。

不同的编程语言和指令集架构使用不同的指令格式，具体的指令格式应该参考对应的文档和手册。

五.指令的寻址方式

1.符号理解

• （A):表示地址为A的数值，括号相当于取值符号
• A：既可以是寄存器编号也可以是内存地址
• EA：操作数在存储器中的真实地址

2.常见的数据寻址方式

六.说明

由于时间紧的原因，习题就选择性的更新了，主要是知识点！