指令解碼

指令解碼：（Decode）由於X86指令的長度不一致，必須用一個單元進行“翻譯”，真正的核心按翻譯後要求來工作。

基本介紹

• 中文名：指令解碼
• 外文名：decode

cpu運作原理

CPU的主要運作原理，不論其外觀，都是執行儲存於被稱為程式里的一系列指令。在此討論的是遵循普遍的架構設計的裝置。程式以一系列數字儲存在電腦記憶體中。差不多所有的CPU的運作原理可分為四個階段：提取（Fetch）、解碼（Decode）、執行（Execute）和寫回（Writeback）。

第一階段，提取，從程式記憶體中檢索指令（為數值或一系列數值）。由程式計數器（Program Counter）指定程式記憶體的位置，程式計數器保存供識別目前程式位置的數值。換言之，程式計數器記錄了CPU在目前程式里的蹤跡。

提取指令之後，程式計數器根據指令式長度增加記憶體單元。指令的提取常常必須從相對較慢的記憶體尋找，導致CPU等候指令的送入。這個問題主要被論及在現代處理器的快取和管線化架構（見下）。

CPU根據從記憶體提取到的指令來決定其執行行為。在解碼階段，指令被拆解為有意義的片斷。根據CPU的指令集架構（ISA）定義將數值解譯為指令。

一部分的指令數值為運算碼（Opcode），其指示要進行哪些運算。其它的數值通常供給指令必要的資訊，諸如一個加法（Addition）運算的運算目標。這樣的運算目標也許提供一個常數值（即立即值），或是一個空間的定址值：暫存器或記憶體位址，以定址模式決定。

在舊的設計中，CPU里的指令解碼部分是無法改變的硬體裝置。不過在眾多抽象且複雜的CPU和指令集架構中，一個微程式時常用來幫助轉換指令為各種形態的訊號。這些微程式在已成品的CPU中往往可以重寫，方便變更解碼指令。

在提取和解碼階段之後，接著進入執行階段。該階段中，連線到各種能夠進行所需運算的CPU部件。

例如，要求一個加法運算，算數邏輯單元（ALU，Arithmetic Logic Unit）將會連線到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數值，而且在輸出將含有總和結果。ALU內含電路系統，以於輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算（比如加法和位元運算）。如果加法運算產生一個對該CPU處理而言過大的結果，在標誌暫存器里，運算溢出（Arithmetic Overflow）標誌可能會被設定（參見以下的數值精度探討）。

最終階段，寫回，以一定格式將執行階段的結果簡單的寫回。運算結果經常被寫進CPU內部的暫存器，以供隨後指令快速存取。在其它案例中，運算結果可能寫進速度較慢，但容量較大且較便宜的主記憶體。某些類型的指令會操作程式計數器，而不直接產生結果資料。這些一般稱作“跳轉”（Jumps）並在程式中帶來循環行為、條件性執行（透過條件跳轉）和函式。

許多指令也會改變標誌暫存器的狀態位元。這些標誌可用來影響程式行為，緣由於它們時常顯出各種運算結果。

例如，以一個“比較”指令判斷兩個值的大小，根據比較結果在標誌暫存器上設定一個數值。這個標誌可藉由隨後的跳轉指令來決定程式動向。

在執行指令並寫回結果資料之後，程式計數器的值會遞增，反覆整個過程，下一個指令周期正常的提取下一個順序指令。如果完成的是跳轉指令，程式計數器將會修改成跳轉到的指令位址，且程式繼續正常執行。許多複雜的CPU可以一次提取多個指令、解碼，並且同時執行。這個部分一般涉及“經典RISC管線”，那些實際上是在眾多使用簡單CPU的電子裝置中快速普及（常稱為微控制（Microcontrollers））。