单总线结构CPU数据通路

一.整体结构图

有很多的读写控制指令，需要分阶段来执行指令。

基本指令有LOAD，MOVE，ADD，STORE，JMP等等。

二.基本指令数据通路

（1）取指令数据通路

分四个阶段进行取指令操作
对于该指令我们需要将指令存入IR中，然后PC指向下一个地址

（1）将PC的值输出，需要给出一个PC_out控制信号将其送到总线，然后给出AR_in控制信号将其送入AR中，同时一个X_in控制信号将其送入X寄存器中。（注意是在时钟周期到来时将其写入）

（2）选择ALU的＋1控制信号将X中存放的地址进行该操作（MIPS为+4），然后输入到Z中（因为Z没有输入控制信号所以直接输入，进入其中进行锁存）。同时主存给出Read信号开始读取地址中的内容。

（3）此时我们需要将更新后的PC值返回PC，所以给出Z_out输入信号进入总线，并且有PC_in输入信号进行输入操作。将主存中的内容读取到DR中。

（4）我们通过DR_out和IR_in将DR中的值送入到IR中。当指令取出后再送到指令译码器生成操作控制信号。

（2）LOAD执行指令数据通路

同样分四个阶段进行执行操作
对于该指令我们需要将IR中的指令取出放入主存中找到对应的值，然后存入R₀中

（1）我们通过IR_out控制信号取出指令进入总线，然后通过AR_in控制信号存入AR中。

（2）进行指令再主存中的读取

（3）通过DRE_in信号将结果输入DR中

（4）通过DR_out和R₀控制信号，将结果存入R₀寄存器中，Load指令操作结束。

（3）MOVE执行指令数据通路

该操作只有一个阶段
我们将10即IR_A中的值传递给寄存器R₁

（1）通过IR_out控制信号输出到总线，然后通过R1_in控制信号输入到R1寄存器中。

（4）ADD执行指令数据通路

分三个阶段
将寄存器R0和R1中的值相加并返回到R0中

（1）通过R0_out信号将R0中的值送入总线，然后通过X_in指令锁存到X寄存器中。

（2）通过R1_out控制信号将结果输入到ALU的B端，然后通过ADD控制信号，将X中的值与其相加，求得结果放入暂时寄存器Z中。

（3）通过Z_out控制信号和R0_in控制信号将结果转移到R0中。

（5）STORE执行指令数据通路

分三个阶段
将R0的值写入主存，地址为R2的地址

（1）通过R2_out和AR_in信号将地址存放到AR中

（2）通过R0_out和DR_in信号将值存放到DR中

（3）通过主存的Write信号和DRE_out信号将该内容写入主存

（6）JMP执行指令数据通路

只有一个阶段
将PC跳转到1000的位置

（1）立即数存放再IR中，我们通过IR_out和PC_in信号将该地址输入到PC中

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