資料通路的功能

資料通路

資料通路：資料在功能部件之間傳送的路徑，來表示資訊從哪裡開始、中間經過哪些部件、最後傳到哪。

• 資料通路的基本結構型別:
  • CPU內部單匯流排方式
  • CPU內部多匯流排方式
  • 專用資料通路方式

匯流排

• 匯流排：BUS —— 公共汽車，大家都可以用，但同一時間內承載額能力有限。

• 內部匯流排：同一部件內連線各部件的匯流排

  • 如CPU內部連線各暫存器及運算部件之間的匯流排;

• 系統匯流排：同一臺計算機系統的各部件

  • 如CPU、記憶體、通道和各類I/O介面間互相連線的匯流排。

• 控制訊號：由控制部件產生的控制訊號用以建立資料通路

資料流動的型別

• 暫存器與暫存器
  之間
  • 如從PC流向MAR
• 暫存器與主存之間
  • 如儲存器與MDR
• 暫存器與ALU之間
  • MDR與ALU

1、暫存器與暫存器之間資料傳送【高頻】

例：把PC內容送至MAR，實現傳送操作的流程及控制訊號為:

• ( PC ) → Bus PCout有效，PC內容送到匯流排
• Bus → MAR MARin有效，匯流排內容送到MAR
  • 也可寫為:(PC) → Bus → MAR
  • 也有的教材寫為:PC → Bus → MAR
    • 後面要註明：哪些訊號是有效的
    • 哪種寫法、有沒有（ ）這裡暫且不談。重要的是描述清楚資料流向

就是要輸出的out有效、輸入的就in有效訊號

2、CPU與主存之間

CPU從主存讀取指令，實現傳送操作的流程及控制訊號為：

• (PC) → Bus → MAR PCout和MARin有效，現行指令地址 → MAR
• 1 → R CU發出讀命令(通過控制匯流排發出，圖中未畫出)
• M(MAR) → MDR MDRinE有效
• MDR → Bus → IR MDRout和lRin有效，現在指令就到了IR
  • 以上兩步與主存互動的，是需要用到控制訊號，通過地址匯流排、資料匯流排，給出地址、得到資料

3、暫存器與ALU之間

執行算術或邏輯運算

比如一條加法指令微操作序列及控制訊號為：

• ACC中已經存到了一個數
• Y與ALU是有一個專用的通路的，不佔用BUS
• 因為這裡是單匯流排結構，需要先把一個數字放到暫存器Y
• 如果是雙匯流排，肯定不用放在Y了，就並行相加

CPU內部單匯流排方式-例題

設有如圖所示的單匯流排結構，分析指令ADD (R0), R1的指令流程和控制訊號。

• ADD (R0),R1
• 操作 目的運算元 源運算元
• 最終結果需要放回到目的運算元的位置

1.功能

((R0)) + (R1) → (R0)

2.寫出各階段的指令流程取指週期:公共操作

取指週期

間址週期

執行週期