【组成原理-处理器】数据通路
文章目录
- 1 数据通路的结构和组成
- 1.1 数据通路的基本结构
- 1.2 数据通路的基本组成(单总线结构)
- 1.2.1 指令相关
- 1.2.2 运算相关
- 1.2.3 存储相关
- 2 数据通路中的数据传送(单总线结构)
- 2.1 取指周期
- 2.2 间址周期
- 2.2.1 间接寻址
- 2.2.2 寄存器间接寻址
- 2.3 执行周期
1 数据通路的结构和组成
数据在功能部件之间传送的路径称为数据通路,包括数据通路上流经的部件,如 ACC、ALU、状态寄存器。通用寄存器等。
1.1 数据通路的基本结构
数据通路的基本结构分为两种:
(1)内部总线结构(可参考“总线”章节)
- CPU 内部单总线方式(常考,类似看图说话)
- CPU 内部双总线方式
- CPU 内部三总线方式
(2)专用数据通路方式(有一定几率考,但做题方法与单总线的相同):不使用共享的总线
1.2 数据通路的基本组成(单总线结构)
- “in”:允许数据从内部总线输入到该部件的信号
- “out”:允许数据从该部件输出到内部总线的信号
1.2.1 指令相关
寄存器/部件 | (从 CU 发出的)控制信号 |
---|---|
程序计数器 PC | PCin、PCout |
指令寄存器 IR | IRin |
指令寄存器中存储的指令的地址码部分 Ad(IR) | AdIRout |
1.2.2 运算相关
寄存器/部件 | (从 CU 发出的)控制信号 |
---|---|
累加寄存器 ACC | ACCin、ACCout |
暂存输入寄存器 Y | Yin |
暂存输出寄存器 Z | Zout |
算术逻辑单元 ALU | ALUin |
通用寄存器 Rx | Rxin、Rxout |
1.2.3 存储相关
- “E”:表示允许控制该部件往主存输入数据/从主存接收数据的信号
- 未加“E”:表示允许控制该部件往内部总线输入数据/从内部总线接收数据的信号
- MemR:允许从主存读出数据
- MemW:允许往主存写入数据
寄存器/部件 | (从 CU 发出的)控制信号 |
---|---|
存储器地址寄存器 MAR | MARin、MARout;MARoutE |
存储器数据寄存器 MDR | MDRin、MDRout;MDRinE、MDRoutE |
将寄存器内的数据当做地址,往主存的该地址读或写数据 M(MAR)、M(MDR) | MemR、MemW |
2 数据通路中的数据传送(单总线结构)
2.1 取指周期
功能 | 控制信号 | 描述 |
---|---|---|
(PC)–>MAR | PCout, MARin | 指令对应的地址放入 MAR 中 |
M(MAR)–>MDR | MemR, MDRinE | 从主存的相应地址读出指令并存入 MDR 中 |
(MDR)–>IR | MDRout, IRin | MDR 存储的指令放入 IR 中 |
指令译码 | 无 | 无 |
(PC)+1–>PC | PC+1 | 程序计数器加 1 个指令字长 |
数据通路:PC–>MAR–>Mem–>MDR–>IR
2.2 间址周期
2.2.1 间接寻址
功能 | 控制信号 | 描述 |
---|---|---|
Ad(IR)–>MAR 或 Ad(MDR)–>MAR | MDRout, MARin | 读出指令的地址码部分,送入 MAR 中(注意没有 IRout) |
M(MAR)–>MDR | MemR, MDRinE | 从主存的相应地址读出数据并存入 MDR 中 |
(MDR)–>Y | MDRout, Yin | MDR 存储的数据放入暂存输入寄存器 Y 中 |
数据通路:IR(或 MDR)–>MAR–>Mem–>MDR–>Y
2.2.2 寄存器间接寻址
功能 | 控制信号 | 描述 |
---|---|---|
(R0)–>MAR | R0out, MARin | 读出 R0 的数据,送入 MAR 中 |
M(MAR)–>MDR | MemR, MDRinE | 从主存的相应地址读出数据并存入 MDR 中 |
(MDR)–>Y | MDRout, Yin | MDR 存储的数据放入暂存输入寄存器 Y 中 |
数据通路:R0–>MAR–>Mem–>MDR–>Y
2.3 执行周期
以ADD (R0), R1
为例,功能为((R0))+(R1)–>(R0)
,说明执行指令流程和控制信号。
功能 | 控制信号 | 描述 |
---|---|---|
(Y)+(R1)–>Z | Yout, R1out, Zin, ALUin | Y 中数据和 R1 中数据相加,经过 ALU 计算的结果存入 Z 中(注意没有 ALUout) |
(Z)–>MDR | Zout, MDRin | 将计算结果放入 MDR 中 |
(MDR)–>M(MAR) | MDRoutE, MemW | 将 MDR 数据放入到主存相应地址中,注意此时 MAR 仍存储着 R0 的数据 |
数据通路:Y, R1–>ALU–>Z–>MDR–>Mem
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