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發布時間:2020-07-29 17:56  





程序的運行過程,實際上是程序涉及到的、未涉及到的一大堆的指令的執行過程。當程序要執行的部分被裝載到內存后,CPU要從內存中取出指令,然后指令解了碼(以便知道類型和操作數,簡單的理解為CPU要知道這是什么指令),然后執行該指令。再然后取下一個指令、解了碼、執行,以此類推直到程序退出。
用戶態的CPU,只允許執行指令集中的部分指令。一般而言,IO相關和把內存保護相關的所有執行在用戶態下都是被禁止的,此外其它一些特權指令也是被禁止的,比如用戶態下不能將PSW的模式設置控制位設置成內核態。
控制器之所以知道數據放哪里、做什么運算(比如是做加法還是邏輯運算?)都是由指令告訴控制器的,每個指令對應一個基本操作,比如加法運算對應一個指令。例如,將兩個MDR寄存器(保存了來自內存的兩個數據)中的值拷貝到ALU中,然后根據的操作指令執行加法運算,將運算結果拷貝會一個MDR寄存器中,后寫入到內存。
關于CPU上的高速緩存
1、高速的緩存是CPU的寄存器,它們和CPU的材料相同,靠近CPU或接近CPU,訪問它們沒有時延(<1ns)。但容量很小,小于1kb。
2、寄存器之下,是CPU的高速緩存。分為L1緩存、L2緩存、L3緩存,每層速度按數量級遞減、容量也越來越大。
3、每核心都有一個自己的L1緩存。L1緩存分兩種:L1指令緩存(L1-icache)和L1數據緩存(L1-dcache)。L1指令緩存用來存放已解了碼指令,L1數據緩存用來放訪問非常頻繁的數據。
4、L2緩存用來存放近期使用過的內存數據。更嚴格地說,存放的是很可能將來會被CPU使用的數據。
5、多數多核CPU的各核都各自擁有一個L2緩存,但也有多核共享L2緩存的設計。無論如何,L1是各核私有的(但對某核內的多線程是共享的)。