一、计算机的指令系统

1.1机器指令的形式

• 机器指令主要由两部分组成：地址码、操作码。
• 操作码指明指令所要完成的动作
• 操作码的位数反映了机器操作的种类
• 地址码直接给出操作数或操作数的地址
• 地址码分为三地址指令、二地址指令、一地址指令

1.1.1零地址指令

• 在机器指令中无地址码
• 空操作、停机操作、中断返回操作等

1.2 机器指令的操作类型

1.2.1 数据传输

• 寄存器之间、寄存器与存储单元之间、存储单元之间传送
• 数据读写、交换地址数据、清零置一等操作

1.2.2 算数逻辑操作

• 操作数之间的加减乘除运算
• 操作数之间的与或非逻辑运算

1.2.3 移位操作

• 左移相当于乘以2，右移相当于除以2
• 完成数据在算数逻辑中的操作

1.2.4 控制指令

• 等待指令、空操作指令、停机指令、中断指令

1.3 机器指令的寻址操作

1.3.1指令寻址

• 顺序寻址
• 跳跃寻址

1.3.2 数据寻址

• 立即寻址

  • 指令直接获得操作数
  • 无需访问存储器

• 直接寻址

  • 直接给出操作数在主存中的地址
  • 寻找操作数简单，无需计算数据地址

• 间接寻址

  • 指令地址码给出的是操作数地址的地址
  • 需要访问一次或多次主存来获取操作数
    

二、计算机的控制器

• 控制器是协调和控制计算机运行的
  

2.1 程序计数器

• 用来存储下一条指令的地址
• 循环从计数器中拿出指令
• 当指令被拿出时，指向下一条数据

2.2 时序发生器

• 电气工程领域，用来发送时序脉冲
• CPU依据不同的时序脉冲有节奏的进行工作

2.3 指令译码器

• 是控制器的主要部件之一
• 计算机指令由操作码和地址码组成
• 翻译操作码对应的操作以及控制传输地址码的数据

2.4 指令寄存器

• 控制器的主要部件之一
• 从主存或告诉缓存取计算机的指令

2.5 主存地址寄存器

• 保存当前CPU正要访问的内存单元的地址

2.6 主存数据寄存器

• 保存当前CPU正要读或写的主存数据

2.7 通用寄存器

• 用于暂时存放或传送数据或指令
• 可保存ALU的运算的中间结果
• 容量一般比专用寄存器要大

三、计算机的运算器

• 运算器是计算机用来进行数据运算加工的
  

3.1 数据缓冲器

• 分为输入缓冲和输出缓冲
• 输入缓冲暂时存放外设输入过来的数据
• 输出缓冲暂时存放输出到外设的数据

3.2 ALU

• 算数逻辑单元，是运算器的主要组成部分
• 常见的位运算
• 算术运算
  

3.3 状态字寄存器

• 存放运算状态（条件码、进位、溢出、条件正负等）
• 存放运算控制信息（调试跟踪标记定位、中断定位等）

四、计算机指令执行的过程

4.1 指令执行过程

4.2 CPU的流水线设计

• 类似工厂的装配线
• 工厂的装配线可以使多个产品同时被加工
• 在同一时刻，不同产品均位于不同的加工时刻