如何使用ALU,RAM,寄存器打造一個CPU 3

ADD操作碼

后四位ADDRESS OR REGISTERS解釋

在指令表中我們看到ADD指令的后四位 「寄存器 OR RAM地址一列中，列出來的不是之前的RAM地址而是兩位的寄存器ID」 。兩位可以表示四個數(shù)字，正好對應(yīng)ABCD四個寄存器。

解碼過程

從上面的RAM中可以看到，指令地址2就是一個ADD的指令。

拆解出這個ADD要使用的兩個寄存器（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：將寄存器B的值加到寄存器A中

執(zhí)行過程

加法需要利用到上一篇文章講的ALU邏輯運算單元。因為ALU需要接受輸入而控制單元可以控制素有的寄存器所以需要把ALU連接至控制單元。通過控制單元打開對應(yīng)的寄存器輸出來讓ALU接受輸入，來看下面的步驟：

1. 「讓ALU接受輸入」 ：控制單元啟用寄存器B的允許讀取線，作為ALU的第一個輸入，控制單元啟用寄存器A的允許讀取線，作為ALU的第二個輸入

2.「告知ALU進行哪種運算操作：」 控制單元傳遞ALU中的ADD操作碼告知ALU進行加法運算

3.ALU輸出結(jié)果保存：注意 「此時的A的允許讀取還打開著并且ALU還在繼續(xù)工作，如果控制單元直接把輸出給到寄存器A，那么ALU就會不斷進行運算」 。所以**「控制單元有一個自己的寄存器暫時保存結(jié)果，接著關(guān)閉ALU，然后把值再寫入正確的寄存器A中」**

4. 「取下一條指令指令地址寄存器+1」 :執(zhí)行階段結(jié)束。開始下一個取指令階段，又開始下一次的循環(huán)~~

總結(jié)

用一張圖來表示。當ALU計算出結(jié)果后將結(jié)果傳送至控制單元，控制單元內(nèi)部寄存器存儲這個結(jié)果，然后把ALU關(guān)閉，再把內(nèi)部寄存器存儲的值給到寄存器A（這是打開的是寄存器A的允許寫入）

時鐘速度，時鐘周期

剛剛我們是一步一步進行講解的這個過程：”取指令-》解碼-》執(zhí)行“，計算機中**「控制執(zhí)行這個循環(huán)的節(jié)奏是通過”時鐘“來負責(zé)的?！?*

「時鐘以精確的間隔，觸發(fā)電信號，控制單元用這個信號，推進CPU的內(nèi)部操作，確保一切按順序執(zhí)行。時鐘不能太快，因為就算是電也要有一定時間來傳輸」

定義

「CPU ”取指令-》解碼-》執(zhí)行“的速度叫做”時鐘速度“。單位是赫茲HZ，赫茲是用來表示頻率的單位，一赫茲表示一個周期。下面那個Clock就是時鐘的代表」

第一個單芯片CPU-英特爾4004

這是他的微架構(gòu)，可以看到和我們上面組裝的差不多。

降頻&超頻

上面的第一個單芯片CPU，它的時鐘速度達到了740千次赫茲，每秒74萬次，這已經(jīng)很快了，但是現(xiàn)在更快~~

「一兆赫茲是一秒一百萬個時鐘周期，現(xiàn)在人們用的電腦和手機肯定幾千兆赫茲，也就是一秒鐘十億次時鐘周期」

超頻

「也就是修改時鐘速度，加快CPU速度」

「芯片制造商經(jīng)常給CPU留一點余地，可以接受一點超頻，但是超頻過多會讓CPU過熱或產(chǎn)生亂碼，因為信號跟不上時鐘」

降頻省電

有時我們沒有必要讓處理器全速允許，比如用戶走開了，或者在跑一個性能要求極低的程序，把**「CPU的速度降下來，可以省很多電.」**

動態(tài)調(diào)整頻率

省電對于用電池的設(shè)備很重要，比如筆記本和手機，為了更省電，很多現(xiàn)代處理器可以按需求加快或減慢時鐘速度，這叫動態(tài)調(diào)整頻率.

抽象-CPU

「RAM是在CPU外面的獨立組件」 ，CPU和RAM之間**「通過”地址線“，”數(shù)據(jù)線“和”允許讀/寫線“進行通信，」** 上面提到的很多機制依然存在于現(xiàn)代處理器里。