CPU 操作码指令运行详解 & CPU特性讲解

上一篇文章解释了指令表中的LOADA指令，LOADB指令和LOADA原理一致，包括STOREB也是只不过是相反过来打开寄存器的允许读取和RAM的允许写入传入地址最后将寄存器的值通过DATA线给到RAM对应地址。但是ADD指令有些不同，我们看下这个操作码是如何做处理的。

ADD操作码

后四位ADDRESS OR REGISTERS解释

在指令表中我们看到ADD指令的后四位寄存器 OR RAM地址一列中，列出来的不是之前的RAM地址而是两位的寄存器ID。两位可以表示四个数字，正好对应ABCD四个寄存器。

解码过程

从上面的RAM中可以看到，指令地址2就是一个ADD的指令

拆解出这个ADD要使用的两个寄存器（后四位）：0100

01表示寄存器B，00表示寄存器A。

所以1000 0100的意思是：将寄存器B的值加到寄存器A中

执行过程

加法需要利用到上一篇文章讲的ALU逻辑运算单元。因为ALU需要接受输入而控制单元可以控制素有的寄存器所以需要把ALU连接至控制单元。通过控制单元打开对应的寄存器输出来让ALU接受输入，来看下面的步骤：

1.让ALU接受输入：控制单元启用寄存器B的允许读取线，作为ALU的第一个输入，控制单元启用寄存器A的允许读取线，作为ALU的第二个输入

2.告知ALU进行哪种运算操作： 控制单元传递ALU中的ADD操作码告知ALU进行加法运算

3.ALU输出结果保存：注意此时的A的允许读取还打开着并且ALU还在继续工作，如果控制单元直接把输出给到寄存器A，那么ALU就会不断进行运算。所以控制单元有一个自己的寄存器暂时保存结果，接着关闭ALU，然后把值再写入正确的寄存器A中

4.取下一条指令指令地址寄存器+1:执行阶段结束。开始下一个取指令阶段，又开始下一次的循环~~

总结

用一张图来表示。当ALU计算出结果后将结果传送至控制单元，控制单元内部寄存器存储这个结果，然后把ALU关闭，再把内部寄存器存储的值给到寄存器A（这是打开的是寄存器A的允许写入）

时钟速度，时钟周期

刚刚我们是一步一步进行讲解的这个过程：”取指令-》解码-》执行“，计算机中控制执行这个循环的节奏是通过”时钟“来负责的。

时钟以精确的间隔，触发电信号，控制单元用这个信号，推进CPU的内部操作，确保一切按顺序执行。时钟不能太快，因为就算是电也要有一定时间来传输

定义

CPU ”取指令-》解码-》执行“的速度叫做”时钟速度“。单位是赫兹HZ，赫兹是用来表示频率的单位，一赫兹表示一个周期。下面那个Clock就是时钟的代表

第一个单芯片CPU-英特尔4004

这是他的微架构，可以看到和我们上面组装的差不多。

降频&超频

上面的第一个单芯片CPU，它的时钟速度达到了740千次赫兹，每秒74万次，这已经很快了，但是现在更快~~

一兆赫兹是一秒一百万个时钟周期，现在人们用的电脑和手机肯定几千兆赫兹，也就是一秒钟十亿次时钟周期

超频

也就是修改时钟速度，加快CPU速度

芯片制造商经常给CPU留一点余地，可以接受一点超频，但是超频过多会让CPU过热或产生乱码，因为信号跟不上时钟

降频省电

有时我们没有必要让处理器全速允许，比如用户走开了，或者在跑一个性能要求极低的程序，把CPU的速度降下来，可以省很多电.

动态调整频率

省电对于用电池的设备很重要，比如笔记本和手机，为了更省电，很多现代处理器可以按需求加快或减慢时钟速度，这叫动态调整频率.

抽象-CPU

RAM是在CPU外面的独立组件，CPU和RAM之间通过”地址线“，”数据线“和”允许读/写线“进行通信， 上面提到的很多机制依然存在于现代处理器里。

结束

下一篇文章我们进行加强CPU，给他扩展更多指令

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