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中央处理器

数据通路:

数据在功能部件之间的传送路径。路径上的部件称为数据通路部件。
过程:数据从哪里来,中间经过哪些部件,最后去到哪里。
有控制部件产生的控制信号建立数据通路
数据通路的基本结构:

  1. CPU内部单总线方式: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内部多总线方式: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数据,从而提高效率。
  3. 专用数据通路方式: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。

单总线数据通路:

单总线数据通路
(1).主存与CPU之间的数据传送:
(从内存中读数据)把PC内容送至MAR,实现传送操作的流程及控制信号为:
(PC)->Bus PCout有效,PC内容送总线
Bus->MAR MARin有效,总线内容送MAR
1->R CU发读命令(通过控制总线发出)
MAR->MDR MDRin有效
MDR->Bus->IR MDRout和IRin有效,现行指令->IR
(2).寄存器之间数据传送:
单总线CPU结构中,练到内部总线上的各部件之间通过内总线传送数据。源寄存器将信息送到总线上,经过总线上一定的延迟,信息被传送到目的寄存器并被保存在目的寄存器中。通常在寄存器和总线之间有两个控制信号:Rin和Rout,Rin=1时,控制总线上的信息存到寄存器R中;Rout=1时,控制寄存器R将信息送到总线。(例如:将寄存器R0中的内容送到寄存器Y,则对应的控制信号为“Rout,Yin”)。
附加:D触发器的数据输入端连到一个二路多选器,当控制信号Rin=1时,选择总线上的信息输入到D触发器的输入端,当时钟信号的触发沿到达时,被装入到触发器中;当Rin=0时,触发器的值不变。D触发器的输出端通过一个三态门与总线相连,当控制信号Rout=1时,三态门被打开,触发器的输出端送到总线上;当Rout=0时,则三态门的输出端呈高阻态,触发器与总线断开。
(3).完成算术,逻辑运算:
ALU是一个没有记忆功能的组合逻辑电路,若要进行正确的运算,必须将两个操作数都送到ALU的输入端,Y寄存器存放其中一个操作数,另一个操作数被置于总线上。运算结果被临时被存放在寄存器Z中。

多总线数据通路:

专用总线数据通路:
在任意两个需要进行数据交互的部件之间建立数据通路。
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。
专用总线数据通路