????????指令集是CPU體系架構(gòu)的重要組成部分。C語(yǔ)言的語(yǔ)法是對(duì)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的運(yùn)算和流程的方法的高度概況和抽象，其主要為算術(shù)、邏輯運(yùn)算和分支控制，而指令集就是對(duì)這些抽象的詳細(xì)支持，匯編僅僅只是是為了讓開(kāi)發(fā)者更好地記住指令，但它跟CPU所認(rèn)的機(jī)器碼事實(shí)上是一一相應(yīng)的，因此匯編也是低級(jí)語(yǔ)言。

????????CPU的指令運(yùn)行一般包含取指、譯碼和運(yùn)行，這是經(jīng)典的三級(jí)指令運(yùn)行流水線(xiàn)，教科書(shū)上往往以這三種過(guò)程來(lái)描寫(xiě)敘述，arm7也是。可是現(xiàn)代的CPU設(shè)計(jì)往往使用更廣泛使用的5級(jí)流水線(xiàn)，也就是分為取指、譯碼、運(yùn)行、訪(fǎng)存和回寫(xiě)。為什么要分為5級(jí)？這是由流水線(xiàn)的各個(gè)階段的時(shí)間來(lái)決定的。我們能夠考慮現(xiàn)實(shí)生活的工廠(chǎng)的流水線(xiàn)。

??????? 如果某流水線(xiàn)僅僅有 三個(gè)工序，有三個(gè)工人A、B、C，則這條生產(chǎn)線(xiàn)的效率就取決于效率最低的那個(gè)工人的效率?，F(xiàn)如果B做完其負(fù)責(zé)的工序須要10秒，而A和C完畢僅僅須要5秒，總共要完畢4個(gè)產(chǎn)品。那總時(shí)間應(yīng)該是：5+10*4+5 = 50秒，（第一個(gè)5是A先做第一道工序的時(shí)間，這時(shí)B和C都得等，而最后一個(gè)5是C必須要等B所有完畢后才干開(kāi)始）即會(huì)出現(xiàn)C在等待，而B(niǎo)一直在忙死忙活的場(chǎng)景。 ?

??????? 當(dāng)然，不管如何，流水線(xiàn)的運(yùn)行總比完畢沒(méi)有流水好，就好比A、B、C負(fù)責(zé)的工作都由一個(gè)人去做，那做完一個(gè)得20秒。所有做完得20*4 = 80秒。

??????? 最理性的場(chǎng)景就是三個(gè)人做事的效率是一樣的，那就不會(huì)出現(xiàn)等待的情況。那如今確實(shí)遇到B工作效率最低的問(wèn)題，怎么解決呢？就是將B的工作又一次分解，平均分成兩個(gè)工序，也就是B1和B2，分別都是5秒完畢，那完畢的總時(shí)間是40秒。

???????? CPU指令的三級(jí)流水運(yùn)行正是遇到各步驟流水時(shí)間不均的問(wèn)題，也就是取指和譯碼往往比較快，而運(yùn)行包含運(yùn)算和訪(fǎng)問(wèn)寄存器、內(nèi)存或者回寫(xiě)等功能，因此運(yùn)行的時(shí)間一般比取指和譯碼要長(zhǎng)，取指和譯碼能夠在單時(shí)鐘周期內(nèi)完畢，但運(yùn)行須要2到3個(gè)時(shí)鐘周期才干完畢。要想得到更高的流水效率，就須要將運(yùn)行部分分解為運(yùn)行（運(yùn)算等）、訪(fǎng)存（內(nèi)存）和回寫(xiě)（寄存器）。

?????????CPU指令的流水線(xiàn)運(yùn)行對(duì)于軟件開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，最重要的就是要知道當(dāng)前PC（程序計(jì)數(shù)寄存器）的值與當(dāng)前運(yùn)行指令的關(guān)系。取指指的是CPU依據(jù)當(dāng)前PC的值內(nèi)存的相應(yīng)地址去取指令，因此PC值永遠(yuǎn)都指的都是當(dāng)前取指令步驟的地址，而譯碼則是CPU的一部分電路依據(jù)取出來(lái)的指令機(jī)器碼進(jìn)行譯碼，選擇相應(yīng)的電路來(lái)運(yùn)行這條運(yùn)行，如選擇加法電路還是減法電路，還是邏輯與電路等等；運(yùn)行就是這個(gè)電路的運(yùn)行過(guò)程了。

???????? arm7的流水線(xiàn)示意圖是：

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????????????? 從圖能夠看到在T1時(shí)刻，CPU的運(yùn)行電路運(yùn)行的是MOV指令，而取指電路取的是SUB指令，因此當(dāng)前運(yùn)行電路的MOV相應(yīng)的運(yùn)行地址應(yīng)該是當(dāng)前PC值減8. 假設(shè)當(dāng)前運(yùn)行的指令是一個(gè)函數(shù)調(diào)用（即BL指令），但返回地址就應(yīng)該是ADD指令所在的地址，即（PC減4）。

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????????有人問(wèn)到流水線(xiàn)斷流的問(wèn)題，補(bǔ)充說(shuō)明一下，斷流主要有下面情況：

??????? 1）數(shù)據(jù)相關(guān)。如第二條指令須要的數(shù)據(jù)正好是第一條指令運(yùn)行的結(jié)果。這時(shí)第二條必須等待。

????????2）分支跳轉(zhuǎn)。指令分支推斷之后，可能會(huì)順序運(yùn)行，也可能跳轉(zhuǎn)到其它地方，這時(shí)也會(huì)引起流水線(xiàn)的斷流。

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