计算机的指令系统、控制器和运算器

一、指令系统

1.指令形式

【机器指令】由操作码和地址码组成
【操作码】指明指令所要完成的操作
【地址码】给出操作数或者操作数的地址，分三、二、一地址指令
【零地址指令】无地址码，用于空操作

2.操作形式

1.【数据传输】寄存器之间、寄存器与存储单元、存储单元之间传送
2.【算术逻辑操作】操作数之间的加减乘除运算、与或非等逻辑位运算
3.【移位操作】数据左移或右移
4.【控制指令】等待指令、停机指令、空操作指令、中断指令等

3.寻址方式

1.【指令寻址】顺序寻址、跳跃寻址
2.【数据寻址】
①立即寻址：直接获得操作数，无需访问存储器（地址码位数限制操作数表示范围）
②直接寻址：直接给出操作数在主存的地址（地址码位数限制操作数寻址范围）
③间接寻址：指令地址码给出的是操作数地址的地址

二、控制器

控制器是协调和控制计算机运行的
1.【程序计数器】存储下一条指令的地址
2.【时序发生器】发送时序脉冲（CPU将根据脉冲有节律的工作）
3.【指令编译器】翻译操作码对应的操作，并控制传输地址码对应的数据
4.【指令寄存器】从主存或高速缓存取计算机指令
5.【主存地址寄存器】保存当前CPU正要访问的内存单元的地址
6.【主存数据寄存器】保存当前CPU正要读或写的主存数据
7.【通用寄存器】暂时存放或传送数据或指令

三、运算器

运算器是用来进行数据运算加工的
1.【数据缓冲器】存放外设送过来的数据以及将要送往外设的数据
2.【ALU】算术逻辑单元
3.【状态字寄存器】存放运算状态（进位、溢出、结果正负等）
4.【通用寄存器】用于暂时存放或传送数据或指令

四、指令执行的过程

取指令——分析指令——执行指令
1.【取指令】从缓存取指令并送到指令寄存器
2.【分析指令】指令译码器译码并发出控制信号，程序计数器+1
3.【执行指令】装载数据到寄存器——ALU处理数据——记录运算状态——送出结果

五、CPU流水线设计

为了解决CPU的综合利用率不高的问题，特此提出流水线策略。
流水线策略相当于工厂装配线，它使得多个指令同时被执行，而避免逐条执行所带来的低效。