CPU执行指令的过程和步骤

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CPU 的内部由寄存器、控制器、运算器和时钟等部分组成。

CPU执行指令主要有 5 个阶段：取指令、指令译码、执行指令、访存取数、结果写回

取指令阶段

取指令（Instruction Fetch，IF）：将一条指令从主存中读取到指令寄存器（Instruction Register, IR）的过程。

在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入程序计数器，程序计数器 PC 中的数值，保存了下一条要执行的指令的内存地址。

当一条指令被取出后，PC 中的数值将根据指令字长度而自动递增：若为单字长指令，则(PC)+1->PC；若为双字长指令，则(PC)+2->PC，依此类推。

指令译码阶段

指令译码（Instruction Decode，ID）：指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。

指令由操作码和地址码组成。操作码表示要执行的操作性质，即执行什么操作；地址码是操作码执行时的操作对象的内存地址。

执行指令阶段

执行指令（Execute，EX）：完成指令所规定的各种操作，具体实现指令的功能。

这些功能可能包括算术运算、逻辑运算、数据传输等。相关运算单元有：算术逻辑单元（ALU）、浮点运算单元（FPU）等

例如，要完成一个加法运算，算术逻辑单元 ALU 将被启用，输入端提供需要相加的数值，输出端将含有最后的运算结果。

访存取数阶段

访存取数阶段（Memory Access）：根据指令需要，有可能要访问主存，读取操作数用于运算。

CPU会将内存地址发送到内存控制器，读取数据并存储到指定的寄存器中。

结果写回阶段

结果写回（Writeback，WB）：把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式：

或写到CPU内部寄存器中，以便被后续的指令快速地存取；

或被写入相对较慢、较廉价且容量较大的主存。