x86 筆記 ep1.

CPU(Centrual Processing Unit)

• 中央處理器

  • 暫存器(register)
    • 儲存運算/待運算的數值/位址
  • Clock
    • 同步訊號
  • 控制單元CU (Control Unit)
    • 控制操作順序
  • ALU (Arithmetic Logic Unit) 算術邏輯單元
    • 做數學運算(+, -)/邏輯運算(and, or, not)

• CPU與Memory跟I/O裝置之間以 Bus(匯流排) 連接著

  • Data Bus (資料bus)
    • 「CPU跟Memory」之間傳輸資料的路徑
  • I/O Bus
    • 「CPU跟I/O裝置」之間傳輸資料的路徑
  • Control Bus
    • 控制memory, I/O裝置
  • Address Bus
    • 指定寫入/讀取的位址（對memory, I/O裝置）

• Clock

  • Clock cycle (時脈週期)
    • 一次電子脈衝所需的時間
  • 每個指令至少需要一個以上的cycle( $\ge{1}$)，有些長、有些短。
  • Wait State (等待狀態)
    • 一個cycle沒做事，就只是等待浪費電。

• 指令執行週期

  • CPU在執行程式之前，先把當前要執行的指令存到instruction queue中，然後把IP指向下個指令，才開始執行。
  • 分成三個基本步驟：
    1. Fetch （擷取)
       • 從instruction queue中拿指令，並改變IP
    2. Decode (解碼)
       • CUdecode送進來的指令，接著把指令的操作對象送到ALU中，並且告訴ALU要執行的運算。
       • Fetch operands (擷取運算元)
         • 如果指令要操作的對象在memory中，則要等待讀取，會放到一個看不見的register中。
    3. Execute (執行)
       • ALU執行運算，把結果放到Named register(有名字的暫存器)中。
       • 並更新EFLAGS
       • Store Output operands (儲存輸出運算元)
         • 如果輸出要放在memory中，則要等待寫入。

Cache 快取記憶體

一般的記憶體太慢，CPU會使用較快的記憶體：cache，儲存最近用的的資料及指令。
如果程式要讀相同資料，則會去cache找：

• Cache Hit (快取命中)
  • 資料在cache中找到
• Cache Miss (快取未中)
  • 找不到，必須去讀RAM（較慢）

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