计算机组成原理学习笔记——数据通路
数据通路
- 一、功能
- 1、什么是数据通路？
- 2、数据通路的作用
- 二、基本结构
- 1、CPU 内部单总线
- 2、CPU 内部三总线
- 3、专用数据通路
- 三、基本流程
- 1、寄存器之间的数据传送
- 2、主存和 CPU 之间的数据传送
- 3、执行算术或逻辑运算
一、功能
1、什么是数据通路？
- 数据在功能部件之间传送的路径称为数据通路，路径上的部件称为数据通路部件，如ALU、通用寄存器等。
2、数据通路的作用
- 数据通路描述了
信息从什么地方开始，中间经过哪个寄存器或多路开关，最后传送到哪个寄存器。
数据通路中专门进行数据运算的部件称为执行部件或功能部件；数据通路由控制部件控制。
数据通路的功能是实现 CPU 内部的运算器与寄存器及寄存器之间的数据交换。
二、基本结构
- 数据通路的基本结构有
CPU 内部单总线方式、CPU 内部三总线方式和专用数据通路方式。
1、CPU 内部单总线
- 将所有寄存器的输入端和输出端都连接到
一条公共通路上，其优点是结构简单易于实现，缺点就是数据传输时存在较多的冲突现象。
2、CPU 内部三总线
- 将所有寄存器的输入端和输出端都连接到
多条公共通路上，像这种 CPU 内部不止一条总线的称为多总线结构，相比单总线结构，其好处就是可以同时传送不同的数据，从而提高效率。
3、专用数据通路
根据指令执行过程中的数据和地址的流动方向安排连接线路，避免使用共享的总线，性能较高，缺点是硬件量大。
- 部件名后面所带的
“in”和“out”分别代表对应的部件运行输入控制信号和允许输出控制信号。 - 注意：
内部总线是指同一部件，如 CPU 内部连接各寄存器及运算部件之间的总线；而系统总线是指一台计算机系统的各部件，如 CPU、内存、通道和各类 I/O 接口间相互连接的总线。
三、基本流程
- 指的是数据通路上不同部件之间的数据传送操作的流程及控制信号，主要有
寄存器之间的数据传送、主存和 CPU 之间的数据传送，以及执行算术或逻辑运算是的数据传送。
1、寄存器之间的数据传送
- 寄存器之间的数据传送，一般可直接通过 CPU 内部总线完成，以 PC 内容送 MAR 为例，具体的传送操作和控制信号如下：
PC→Bus, Pcout 有效，PC 内容送总线Bus→MAR MARin 有效，总线内容送 MAR
2、主存和 CPU 之间的数据传送
- 主存与 CPU 之间完成数据传送，需要借助 CPU 内部总线，以 CPU 读取指令为例，传送操作流程和信号如下：
PC→Bus→MAR Pcout 和 MARin 有效，现行指令地址→MAR1→R CU 发出读指令MEM(MAR)→MDR MDRin 有效MDR→Bus→IR MDRout 和 Irin 有效，现行指令→IR
3、执行算术或逻辑运算
- 执行算术或逻辑操作时，由于 ALU 本身没有存储功能的电路，因此如要执行加法运算，相加的两个操作数必须在 ALU 的两个输入端同时有效。
Ad(IR)→Bus→MAR， MDRout 和 MARin 有效1→R CU 发出读命令MEM→数据线→MDR 操作数从存储器→数据线→MDRMDR→Bus→Y MDRout 和 Yin 有效，操作数→Y(ACC)+(Y)→Z ACCout 和 ALUin 有效，CU 向 ALU 发出加命令，结果→ZZ→ACC Zout 和 ACCin 有效，结果→ACC
- 数据通路结构
直接影响 CPU 内各种信息的传送路径，数据通路不同，指令执行过程的微操作序列的安排也不同，关系着微操作信号形成部件的设计。
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