《主流CPU的工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《主流CPU的工作原理（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、主流 CPU 的工作原理CPU 的基本构成CPU 的内部结构可分为：控制单元、逻辑运算单元、存储单元（包括内部总线和缓冲器）三大部分。1.指令高速缓存是芯片上的指令仓库，这样微处理器就不必停下来查找计算机的内存中的指令。这种快速方式加快了处理速度。2.控制单元它负责有整个处理过程。根据来自译码单元的指令，它会生成控制信号，告诉运算逻辑单元（ ALU ）和寄存器如何运算、对什么进行运算以及怎样对结果时处理。3.运算逻辑单元（ALU ）是芯片的智能部件，能够执行加、减、乘、除等各种命令。此外，它还知道如何读取逻辑命令，如或、与、非。来自控制单元的讯息将告诉运算逻辑单元应该做些什么，然后运算单元将寄
2、存器中提取数据。以完成任务。4.寄存器是运算逻辑单元 （ ALU ）为完成控制单元请求的任务所使用的数据的小型存储区域。（数据可以来自高速缓存、内存、控制单元）5.预取单元根据命令或将要执行的任务决定，何时开始从指令高速缓存或计算机内存中获取数据和指令。 当指令到达时， 预取单元最重要任务是确保所有指令均按正确的排列，以发送到译码单元。6.数据高速缓存存储来自译码单元专门标记的数据，以备运算逻辑装单元使用，同时还准备了分配到计算机不同部分的最终结果。7.译码单元是将复杂的机器语言指令解译运算逻辑单元（ALU ）和寄存器能够理解的简单格式。8.总线单元 是指令从计算机内存流进和流出的处理器的地方
3、。CPU 的工作原理一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（程序指令），结过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出的成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储单元）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。CPU 的工作原理：从控制单元开始，CPU 就开始了正式工作，中间的过程是通过逻辑运算单元来进行运算处理，交到存储单元代表工作结束。首先，指令指针会通知CPU，将要执行的指令放置在内存中的存储位置。因为内存中的每个存储单元都有编号（称为地址），可以根据这些地址把数据取出，通过地址总线送到控制单元中，指令译码器从指令寄存器IR 中拿来指令，翻译成 CP
4、U 可以执行的形式，然后决定完成该指令需要哪些必要的操作，它将告诉算术逻辑单元（ ALU ）什么时候计算，告诉指令读取器什么时候取数值，告诉指令译码器什么时候翻译指令等等。根据对指令类型的分析和特殊工作状态的需要，CPU 设置了六种工作周期，分别用六个触发器来表示它们的状态，任一时刻只许一个触发器为1，表时CPU 所处周期状态，即指令执行过程中的某个阶段。1.取指周期（ FC）CPU 在 FC 中完成取指所需要操作。每条指令都必须经历取指周期FC，在 FC 中完成的操作与指令操作码无关的公共操作。但 FC 结束后转向哪个周期则与本周期中取出的指令类型有关。2.源周期（ SC）CPU 在 SC
5、中完成取源操作数所需的操作。如指令需要源操作数，则进入SC。在 SC中根据指令寄存器IR 的源地址信息，形成源地址，读取源操作数。3.目的周期（ DC）如果 CPU 需要获得目的操作数或形成目的地址，则进DC。在 DC 中根据 IR 中的目的地址信息进行相应操作。4.执行周期（ EC）CPU 在取得操作数后，则进入EC，这也是第条指令都经历的最后一个工作阶段。在EC 中将依据IR 中的操作码执行相应操作，如传递、 算术运算、 逻辑运算、 形成转移地址等。5.中断响应周期（IC）CPU 除了考虑指令正常执行，还应考虑对外部中断请的处理。CPU 在向应中断请求后，进入中断响应周期IC。在 IC 中
6、将直接依靠硬件进行保存断点、关中断、转中断服务程序入口等操作， IC 结束转入取指周期，开始执行中断服务程序。6.DMA 传送周期（ DMAC ）CPU 响应 DMA 请求后，进入DMAC 中， CPU 交出系统总线的控制权，由DMA 控制器控制系统总线，实现主存与外围设备之间的数据直接传送。因此对CPU 来说， DMAC 是一个空操作周期。CPU 控制流程，描述了工作周期状态变化情况：为了简化控制逻辑，限制在一条指令结束是判断有无DMA请求，若有请求，将插入DMAC ；如果在一个DMAC 结束前又提出新的DMA 请求，则连续安排若干DMA 传送周期。如果没有DMA 请求，则继续判断有无中断请
7、求，若有则进入IC。在 IC 中完成需的操作后向新的FC，这表明进入中断服务程序。一、进入debug 环境C:debug 回车或在 DOS 提示符下 ,在 MASM 子目录下，按 DEBUG 及回车后即进入DEBUG环境。在DEBUG 提示符下可输入各命令二、常用debug 命令介绍（1）显示，修改寄存器内容显示所有寄存器内容格式： r 回车功能： 以十六进制形式显示cpu 内部个寄存器的值；以符号形式显示标志寄存器的各标志位（除 tf 外）的值； 并将 CS：IP 所指的内存内容反汇编成一条指令，可视为将要执行的指令。如：r 回车AX=0000 BX=0000 CX=0000 DX=0000
8、 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0AF0 ES=0AF0 SS=0AF0 CS=0AF0 IP=0200 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0AF0:0200 B238 MOV DL,38 知： cs0AF0h，IP0100h 修改寄存器格式： r 寄存器名回车-r ds DS 0AF :0AE0 -r ds 的内容由原来的0af0h 修改为 0ae0h 修改标志值格式： rf 例： -rf NV UP EI PL NZ NA PO NC -ov ng 回车将 of，sf 的值分别修改为1。(2)汇编，反汇编命令 汇编命令A 格式： A 内
9、存地址回车例：调用dos 中 02h 号功能显示字符a ，将该程序汇编到1270：100h 开始的内存中。-A1270:100 1270:0100 mov,ah,2 1270:0102 mov,dl,61 1270:0104 int 21 1270:0106 int 20 1270:0108 - 反汇编命令U 格式： u 内存块回车功能：分三列显示反汇编的结果，第一列为指令首地址，第二列为16 进制形式的指令机器码，第三列为指令的助记符。-u 1270:100 1270:0100 B402 MOV AH,02 1270:0102 B261 MOV DL,61 1270:0104 CD21 IN
10、T 21 1270:0106 CD20 INT 20 1270:0108 0000 ADD BX+SI,AL 1270:010A 0000 ADD BX+SI,AL 1270:010C 0000 ADD BX+SI,AL 1270:010E 0000 ADD BX+SI,AL 1270:0110 0000 ADD BX+SI,AL 1270:0112 0000 ADD BX+SI,AL 1270:0114 0000 ADD BX+SI,AL 1270:0116 0000 ADD BX+SI,AL 1270:0118 0000 ADD BX+SI,AL 1270:011A 0000 ADD BX
11、+SI,AL 1270:011C 0000 ADD BX+SI,AL 1270:011E 0000 ADD BX+SI,AL - （3）执行程序单步执行格式： t内存地址回车格式： p内存地址回车功能：用命令中的内存地址的段地址和偏移地址修改cs 和 ip，然后执行由cs：ip 指向的内存单元处的一条指令，显示各寄存器的值，并反汇编下一条指令，返回debug 状态。例：-t=1270:100 AX=0200 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0AE0 ES=0AF0 SS=0AF0 CS=1270 IP=010
12、2 OV UP EI NG NZ NA PO NC 1270:0102 B261 MOV DL,61 - 执行结果： ah2，cs 值不变， ip 的值增加2，cs：ip 指向第二条指令多步执行格式： t内存地址执行指令的条数格式： p内存地址执行指令的条数命令 t 和 p 的不同：one：带重复前缀rep/repnz/repz 的串操作指令和loop/loopz/loopn 等循环指令是与cs 相关的 指令。用t 命令执行这类指令时，每执行一次，cx 值减一，就停下来返回debug；而 p 命令执行时，一直执行到cx0，执行其后的下一条指令，才返回debug two：调用指令call 及中断
13、调用指令int，由于这类指令修改了cs 和 ip，使程序结构产生转向。用 t 命令则在cs：ip（子程序）入口处停下来返回debug，可用 t 命令进行跟踪。而用p命令则显示call 和 int 的下一条指令如：分别用t 和 p 执行 1270：0140h 处的指令 int 21h。-t=1270:104 AX=0200 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFE8 BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0AE0 ES=0AF0 SS=0AF0 CS=00A7 IP=107C OV UP DI NG NZ NA PO NC 00A7:107C 90 NOP -
14、p=1270:104 AX=0200 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFE8 BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0AE0 ES=0AF0 SS=0AF0 CS=1270 IP=0106 OV UP DI NG NZ NA PO NC 1270:0106 CD20 INT 20 连续执行g内存地址断点执行格式： g内存地址断点地址（4）显示，修改内存内容显示命令d 格式： d 内存块例：显示 -d1270:100h 到 1210 内存块的内容-d1270:100 l30 1270:0100 B4 02 B2 61 CD 21 CD 20-00 00 0
15、0 00 00 00 00 00 .a.!. . 1270:0110 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 . 1270:0120 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 . 修改命令e 格式 1： e 内存地址字符或数值串格式 2： e 内存地址填充指令 格式： f 内存块字符或数值串例： f ds：2000 2100 hello world 搜索指令s 格式： s 内存块字符或数值串移动指令m 格式： m 内存块 1 内存块 2 的首地址功能：将内存块1 的内容复制到内存块2，
16、内存块1 内容不变比较指令c 格式： c 内存块 1 内存块 2 的首地址（5）读写磁盘指定文件命令N 格式： Nd:PA TH 文件名 .扩展名回车功能：为命令L 和命令 W 指定文件，其中d:PATH 为文件所在的盘号和路径。写入命令W 格式： W 内存地址回车功能：将指定内存块的内容写到由命令N 指定的文件中， 其中内存块的首地址命令W 指定，内存块的大小由BX，CX 两寄存器决定，BX 存放内存块大小的高字节，CX 存放内存块大小的低字节。装入命令L 块格式： L 内存地址回车功能：将命令N 指定的文件装入到命令L 给出的内存地址开始处。文件固定装入到CS：IP处。装入可执行的 .EXE 或.COM 文件通常在调试可执行的.EXE 或.COM 文件时，可以不用N 和 L 命令来装入，而直接在进入debug的命令后加上要装入的文件。格式： d:pa
