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6GK5208-0BA10-2AA3 西門子模塊
6GK5208-0BA10-2AA3 西門子模塊
馮諾依曼體系結構是現代計算機的基礎。在該體系結構下，程序和數據統一存儲，指令和數據需要從同一存儲空間存取，經由同一總線傳輸，無法重疊執行。根據馮諾依曼體系，CPU的工作分為以下 5 個階段：取指令階段、指令譯碼階段、執行指令階段、訪存取數和結果寫回。 [1]
取指令（IF，instruction fetch），即將一條指令從主存儲器中取到指令寄存器的過程。程序計數器中的數值，用來指示當前指令在主存中的位置。當一條指令被取出后，程序計數器（PC）中的數值將根據指令字長度自動遞增。 [1]
指令譯碼階段（ID，instruction decode），取出指令后，指令譯碼器按照預定的指令格式，對取回的指令進行拆分和解釋，識別區分出不同的指令類別以及各種獲取操作數的方法。現代CISC處理器會將拆分已提高并行率和效率。 [1]
訪存取數階段（MEM，memory），根據指令需要訪問主存、讀取操作數，CPU得到操作數在主存中的地址，并從主存中讀取該操作數用于運算。部分指令不需要訪問主存，則可以跳過該階段。 [1]
結果寫回階段（WB，write back），作為最后一個階段，結果寫回階段把執行指令階段的運行結果數據“寫回”到某種存儲形式。結果數據一般會被寫到CPU的內部寄存器中，以便被后續的指令快速地存取；許多指令還會改變程序狀態字寄存器中標志位的狀態，這些標志位標識著不同的操作結果，可被用來影響程序的動作。 [1]
在指令執行完畢、結果數據寫回之后，若無意外事件（如結果溢出等）發生，計算機就從程序計數器中取得下一條指令地址，開始新一輪的循環，下一個指令周期將順序取出下一條指令。 [1]許多復雜的CPU可以一次提取多個指令、解碼，并且同時執行。
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