微机原理及应用 课件 2.5 微机的工作过程

微机原理及应用第二章认识微机系统第五讲微机的工作过程下面我们来学习微机的工作过程微机的工作过程首先来看一下指令，指令是由人向计算机发出的，能够为计算机所识别的命令由人向计算机发出能被计算机识别指令计算机的工作就是按照一定的顺序执行由指令构成的程序，计算机工作按顺序执行由指令构成我们在前面说的软件系统中的系统软件和应用软件其实都是由指令构成的程序，并且由计算机进行执行的由指令构成由计算机执行系统软件应用软件指令的执行过程大致分为五步，指令执行过程分五步第一步是取指令，第二步是分析指令，第三步是读取操作数，第四步是执行指令，第五步是存放结果第一步取指令第二步分析指令第三步读取操作数第四步执行指令第五步存放结果当然不是每条指令都要进行这五步操作，其中必须要执行的是取指令，分析指令和执行指令第一步取指令第二步分析指令第三步读取操作数第四步执行指令第五步存放结果非每条指令操作必须执行如果指令需要进行数据的操作或者计算的话，那么就有读取操作数和存放结果的这两步，否则的话这两步是没有的指令数据操作数据计算读取操作数读取存放结果我们再看一下指令的执行方式，指令的执行有两种，一种是顺序执行方式，另一种是并行执行方式执行方式顺序执行方式并行执行方式先来看一下顺序执行方式执行方式顺序执行方式并行执行方式顺序执行方式就是指令的各步交替的进行工作，按顺序完成指令的执行过程，顺序执行方式指令各步交替工作按顺序完成指令顺序执行方式例如，第一步是取指令，第二步是分析指令，第三步是执行指令，那么顺序执行的意思就是这三件事由同一个人来完成取指令1执行指令1分析指令1CPUBUS忙碌忙碌取指令2执行指令2分析指令2取指令分析指令执行指令同一人完成它先去取指令，然后再分析指令，最后执行指令，由于他在同一时刻只能做一件事情，所以只能按顺序执行的方式进行顺序执行方式同一时刻只做一件事顺序执行取指令分析指令执行指令这里请大家注意，只有取指令的时候，CPU要从内存中取指令，也就是要使用到总线，此时总线是被占用的顺序执行方式从内存中取指令使用总线总线被占用取指令分析指令执行指令CPU而其他两个环节都是在CPU的内部进行的，不需要占用总线顺序执行方式取指令分析指令执行指令CPU内部进行不占用总线因此，在顺序执行方式中，总线只在少部分时间被占用，总线只在少部分时间被占用顺序执行方式取指令分析指令执行指令顺序执行方式如果我们把这里的一个格子看成一个时间片，那么要执行完两条指令需要6个时间片1个格子是1个时间片1条指令取指令分析指令执行指令2条指令需6个时间片到这里我们可以总结一下，顺序执行方式对总线的使用率不高，而且工作效率也比较低顺序执行方式对总线使用率不高工作效率较低取指令分析指令执行指令那么我们怎么加快指令的执行呢？如何加快指令执行？可以采用并行执行的方式，并行执行方式中各个功能部件是并行工作的，执行方式顺序执行方式并行执行方式并行工作打个比方，如果说顺序执行方式中只有一个人在工作，那么在并行方式中就是三个人一起工作，每个人负责一件事，各司其职顺序执行方式并行执行方式一人工作三人工作1人负责1件事各司其职也就是说取指令让A来做，分析指令让B来做，执行指令让C来做，这样的话，一条指令就由三个人共同完成取指令分析指令执行指令并行执行方式ABC1条指令3人完成我们就可以把它看成是一个流水线的方式，A取完指令，B来分析这条指令，然后C来执行这条指令取指令分析指令执行指令并行执行方式ABC流水线在B分析的时候呢，A又可以去取第二条指令，取指令分析指令执行指令并行执行方式ABC取指令A在C执行第一条指令的时候，B在分析第二条指令而A在取第三条指令取指令分析指令执行指令并行执行方式ABC取指令A分析指令B取指令A所以，如果我们竖着看，在每一个时间片内，三个人都没闲着，只是它们在处理的指令不是同一条指令而已，这样做可以大大提升处理指令的效率取指令分析指令执行指令并行执行方式ABC取指令A分析指令B取指令A执行指令C分析指令B执行指令C每人处理指令不同提升效率你看，如果我们要执行两条指令，用顺序执行的方式需要消耗6个时间片，但是在并行执行方式中只需要消耗4个时间片就行了，还有就是并行执行方式对总线的利用率也更高了执行方式顺序执行方式并行执行方式6个时间片4个时间片总线利用率更高取指令分析指令执行指令并行执行方式ABC取指令A分析指令B取指令A执行指令C分析指令B执行指令C因为A一直在取指令，所以其实总线一直是被占用的