Y86处理器的各个阶段

0x00e:30f480000000        |              irmovl $128,%esp  实现所有Y86指令所需要的计算分为6个基本阶段：取值、译码、执行、访存、写回和更新PC。

1、取指

A、取指阶段从存储器读取指令字节，地址为程序计数器(PC) 的值。从指令中抽取出指令指示符字节的两个四位部分，称为icode(指令代码)和ifun(指令功能)。

例1：rrmovl rA,rB指令，它的字节编码是2 0 rA rB，那么icode:ifun就是2:0。

B、它可能取出一个寄存器指示符字符，指明一个或两个寄存器操作数指示符rA和rB，这里的rA和rB与上面例子中的rA、rB位置相同。

例2： 
0x00e:30f480000000        |              irmovl $128,%esp 

那么 rA表示为f,rB表示为4

C、它还可能取出一个四字节常数字valC。 这个valC就是例2中的128

D、还有计算当前指令的下一指令的地址 valP，valP等于PC的值加上已取出指令的长度

最后我们以例2为例，系统的表达一下这个阶段发生了什么事情：

对于寄存器操作符有两个的操作，这个阶段的通用的表达为  icode:ifun←M1[PC]

rA:rB←M1[PC+1]

valC←M4[PC+2]

valP←PC+6

在例2中，是这样的：icode:ifun←M1[0x00e] =3:0

rA:rB←M1[0x00f] =f:4

valC←M4[0x010] =128

valP←0x00e+6=0x014

但是如果寄存器操作符不是两个，而是1个的时候，又会有什么不同呢？

例3：0x01a:a02f                         |                  pushl %edx

在这种情况下就没有了步骤C，其他步骤还是一样 。具体如下：

icode:ifun←M1[0x01a] =a:0

rA:rB←M1[0x01b] =2:f

valP←0x01a+2=0x01c 

注：上面M1[X]表示访问（读或写）存储器位置X处的一个字节，而M4[X]表示访问四个字节。

2、译码 

译码阶段从寄存器文件读入最多两个操作数，得到值valA和/或valB。

例4：subl %edx,%ebx     

其中%edx存储的值为9，%ebx存储的值为21，那么valA就会被赋值为%edx的值，valB就会被赋值为%ebx的值。

这个阶段要看具体的指令而定，如果只有一个操作数：

例5： pushl rA

此时发生的事为： valA被赋值为rA的值，valB被赋值为%esp的值，%esp就是栈指针

例6：popl rA

此时发生的事为：valA和valB都被赋值为%esp的值 

3、执行

在执行阶段，算术/逻辑单元（ALU） 要么执行指令指明的操作（根据ifun的值），计算存储器引用的有效地址，要么增加或减少栈指针。得到的值我们称为valE。

例7：irmovl $100,%esp 

此时的操作就相当于valE←0+100=100 

例8：pushl %edx

在32位系统中，pushl操作就是将栈指针向下移4个单位，就是减去4，假设此时的%esp为100，则valE←100-4=96，相反，popl操作就是加上4

4、访存 

访存阶段可以将数据写入存储器，或者从存储器读出数据。读出的值为valM。与这个阶段有关的操作指令主要是push和pop

例9：popl %eax

对于pop操作，属于读数据，因此用valM表示读出的值，valM←M4[valA] ,在此例中，valM被赋值为M4[%eax]

例10：pushl %edx  ,假设%edx表示的值为9，valE的值为124

对于push操作，属于写入数据，而写入数据的位置就是栈指针的位置，也就是用执行阶段得到的值valE。表示为M4[valE]←valA，在此例中，就是M4[124]←9

5、写回 

这个阶段将执行阶段得到的结果写入到rB，写回阶段最多可以写两个结果到寄存器文件。

例11：irmovl $128,%esp

此时会将valE写入到rB，而valE就是128，即R[%esp] ←valE=128

对于没有rB操作数的指令又会怎么办呢？

例12：popl rA

此时会发生R[%esp] ←valE

      R[rA] ←valM

而pushl操作没变，即R[%esp]←valE

6、更新PC

将PC设置成下一条指令的地址，就是将PC设置为valP

例13：
0x00e:30f480000000        |              irmovl $128,%esp 

PC←valP=0x014 ,具体分析同例2