单个8080指令中的时钟周期[关闭]答案

【问题标题】：Clock cycles in a single 8080 instruction [closed]单个8080指令中的时钟周期[关闭]
【发布时间】：2020-07-20 10:06:00
【问题描述】：

从《代码》一书中，它说：

8080 指令需要 4 到 18 个时钟周期”。

为什么执行一条指令的时钟周期数之间会有这样的波动。什么是需要很长时间才能执行的指令的示例？即，汇编指令会需要那么多周期吗？

【问题讨论】：

除法和乘法通常需要很长时间。
它在所有现代 x86 CPU 中都在波动。例如，Intel Silvermont 中的 64 位除法需要 47-107 个周期，而 VIA nano 3000 中需要 182-200 个周期。您可以在Lists of instruction latencies, throughputs and micro-operation breakdowns for Intel, AMD and VIA CPUs 中查看 x86 CPU 的延迟和吞吐量
它是一个带有可变长度指令的微编码 CISC，有一些变体也就不足为奇了。 pastraiser.com/cpu/i8080/i8080_opcodes.html 显示时间。较慢的是例如从 16 位绝对地址加载 16 位：此 8 位 CPU 的 4 次额外内存访问与单字节指令。更慢的是call a16，它必须分支（并重新启动指令获取）并推送返回地址。顺便说一句，这在retrocomputing.stackexchange.com 上可能会更好地接受 - 我们不再构建以这种方式进行微编码的 CPU。

标签： assembly cpu-architecture instruction-set intel-8080

【解决方案1】：

使用这些较旧的处理器，您通常可以只查看指令并自己计算时钟周期。并且不要混淆，因为现代处理器绝不会在一个时钟内执行指令，它需要很多时间并且数量会有所不同，它只是流水线，因此您会产生一种错觉，即它是一个时钟用于长时间的非分支代码。当您查看汽车生产设施的外部时，如果每 5 分钟生产一辆汽车，这并不意味着制造一辆汽车需要 5 分钟，有些生产有两扇门，有些生产有四扇门。制造一辆车可能需要一个小时，他们只是每五分钟开始一辆新的，每五分钟完成一辆，而且生产线的速度保持不变。这并不意味着每个站点都必须在 5 分钟内完成它们的工作，您可能有一个 10 分钟的步骤，您只需要并行化该步骤，以便所有车辆平均进出 5 分钟。现代处理器中的乘法可以在一个具有指数逻辑量的时钟中完成，在两个时钟中完成，它比这少得多，四，比那个少得多，所以有些人会在多个时钟中完成，并且有空闲状态等待乘法器完成。

所以也许你有一个单字节指令，说向累加器添加一些 gpr。所以你可能需要一个时钟来获取 gpr，一个来做加法。也许单字节指令的提取是预取的，所以是免费的。

但也许它添加了一个带有内存位置 (CISC) 的 GPR，结果将转到内存位置。所以一个时钟来获取内存位置值，一个时钟来做加法，一个时钟来写回它。

我对 6502 比 8080 更熟悉，而 6502 文档的时钟计数非常明显。

如果为零，您可能会有比较和分支，如果采用分支，规范可能会说添加一个时钟。额外的时钟是在分支目的地获取下一条指令，如果你没有分支，下一条指令已经被获取了。

在 CISC 中，您可以在每条指令中执行多个步骤，只需仔细考虑基本步骤，并考虑哪些可以/可能在同一时钟内完成，哪些可能是/不是。 RISC也有一些指令的步骤，想法是减少它，使每条指令更简单，更容易实现，更快，你可以组合指令来执行相同的整体任务。将一个常量放入 gpr，从内存中读取，从 gpr 中读取，将读取的两个值相加，将结果存储在 gpr 中，将 gpr 值存储到内存中。

只需将其分解为单独的步骤，这将使您走得更远，但同时具体的实施可能会有所不同。在某些情况下，您可以执行 alu 操作并将结果存储在同一时钟中，而在其他情况下，存储/写回可能需要单独的时钟。你有什么具体的说明吗？

【讨论】：