指令周期-中断周期

一、指令周期的基本概念

　　CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期，也即CPU完成一条指令的时间叫指令周期，如下图所示。图中的取指阶段完成取指令和分析指令的操作，又叫取指周期；执行阶段完成执行指令的操作，又叫执行周期。在大多数情况下， CPU就是按取指－执行－再取指－再执行……的顺序自动工作的。

　　由于各种指令操作功能不同，因此各种指令的指令周期是不相同的。例如无条件转移指令JMP X， 在执行阶段不需访问主存，而且操作简单，完全可以在取指阶段的后期将转移地址X送至PC， 以达到转移的目的。这样， JMP X指令的指令周期就是取指周期。又如一地址格式的加法指令ADD X，在执行阶段首先要从X所指示的存储单元中取出操作数，然后和ACC的内容相加，结果存于ACC，故这种指令的指令周期在取指和执行阶段各访问一次存储器，其指令周期就包括两个存取周期。再如乘法指令，其执行阶段所要完成的操作比加法指令多得多，故它的执行周期超过了加法指令，如下图所示。

　　此外，当遇到间接寻址的指令时，由于指令字中只给出操作数有效地址的地址，因此，为了取出操作数，需先访问一次存储器，取出有效地址，然后再访问存储器，取出操作数。这样，间接寻址的指令周期就包括取指周期、间址周期和执行周期三个阶段，其中间址周期用于取操作数的有效地址，因此间址周期介于取指周期和执行周期之间，如下图所示。

　　由第五章可知，当CPU采用中断方式实现主机与I/O交换信息时，CPU在每条指令执行阶段结束前， 都要发中断查询信号，以检测是否有某个I/O提出中断请求。如果有请求，CPU则要进入中断响应阶段，又称中断周期。在这阶段， CPU必须将程序断点保存到存储器中。这样，一个完整的指令周期应包括取指、间址、执行和中断4个子周期，如下图所示。由于间址周期和中断周期不一定包含在每个指令周期内，故图中用菱形框判断。

　　总之，上述4个周期都有CPU访存操作， 只是访存的目的不同。取指周期是为了取指令，间址周期是为了取有效地址，执行周期是为了取操作数(当指令为访存指令时)，中断周期是为了保存程序断点。这4个周期又可叫CPU的工作周期，为了区别它们，在CPU内可设置4个标志触发器，如下图所示。

　　图中的FE、IND，EX和INT分别对应取指、间址、执行和中断4个周期，并以“1”状态表示有效；它们分别由1→FE、1→IND、1→EX和1→INT4个信号控制。

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