模型机的基本组成和数据通路

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1、第四讲模型机的基本组成和数据通路数据传送时序控制方式模型机的指令系统模型机的时序系统指令流程图微程序控制概念比较组合逻辑控制方式和微程序控制方式一、CPU模型的组成及其数据通路基本组成控制器运算部件各种寄存器用于存放指令、指令地址、操作数及其运算结果。CPU内部数据通路用以连接各部件，为信息传送提供通路1.寄存器2.运算部件3.总线与数据通路结构4.控制器及微命令的基本形式1.寄存器CPU中的寄存器有：存放控制信息的寄存器，如指令寄存器、程序计数器和程序状态字寄存器存放所处理的寄存器，如通用寄存器和暂存器为简单起见，所有寄存器都是16位，内部结构是16个D

2、触发器，数据代码输入至D端，由CP端脉冲同步打入，其输出由输出门控制。PSW的特征位则由R、S端置入，系统总线对MDR的输入也由R，S端置入。1.寄存器（1）通用寄存器（R0，R1，R2，R3）（2）暂存器（C、D、Z）（3）指令寄存器IR（4）程序计数器PC（5）程序状态字寄存器PSW（5）堆栈指针SP（6）与主存接口的寄存器MAR、MDR（1）通用寄存器通用寄存器4个：R0，R1，R2，R3。这是一组可编程访问，具有多种功能的寄存器。在指令系统中为这些寄存器分配了编号即寄存器地址，因此可编程指定使用某个寄存器。通用寄存器本身在逻辑上只具有接受信息、存储

3、信息和发送信息的功能。但通过编程与运算部件的配合就可以实现多种功能，如它们可为ALU提供操作数并存放运算结果，也可以用作变址寄存器、地址指针和计数器等。（2）暂存器暂存器有3个：C，D，Z。暂存器C可用来暂存从主存储器读出的数据，这个数据是不能存放在通用寄存器中，否则会破坏其原有的内容。由于CPU是单总线结构，因此ALU的输入端必须设置一个暂存器D，用来存放一个操作数，在ALU输出端设暂存器Z存放运算结果。暂存器D还可暂存从主存储器读出的数据，并设有左移和右移的功能。指令系统中没有为暂存器分配编号，因此程序员不能编程访问它们，因而是透明的。（3）指令寄存器

4、IR指令寄存器IR用来存放当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，应先将指令从主存中读出到IR中。IR的输出是控制器产生控制信号的主要逻辑依据。不可编程访问。（4）程序计数器PC程序计数器又称为指令计数器或指令指针IP，它的作用是提供指令的地址。因此PC用来指示程序的进程。当现行指令执行完毕时，由PC提供后继指令的地址，并送往主存的地址寄存器MAR。当程序按顺序执行时，每读取一条指令后，PC要加上一个增量（通常为刚读取指令所占的存储单元数），以指向下条指令地址。当遇到转移指令时，需改变程序的执行顺序，则由转移指令形成转移地址送往PC作为后继指令地址。PC

5、具有加1计数功能，并可以编程访问。（5）程序状态字寄存器PS程序状态字寄存器又称为标志寄存器，用来存放现行程序的运行状态和工作方式，其内容称为程序状态字PSW。PSW是参与控制程序执行的重要依据。PSW中的一部分内容是记录上条指令执行后的结果标志：进位标志C，溢出标志V，结果为零标志Z，结果为负标志S，奇偶标志P。每当一条指令执行完，CPU将根据运算结果自动修改这些标志。PSW中另一部分内容由编程设定：跟踪标志T，用以变成设定断点；中断允许标志I，指示CPU是否允许响应外部中断请求。（6）堆栈指针SPSP用来指示堆栈栈顶的位置，其内容是栈顶单元的地址。SP

6、也是可以编程访问的寄存器。（7）与主存接口的寄存器MAR，MDR地址寄存器MAR用于存放CPU访问主存或I/O接口的地址。MAR连接地址总线的输出门是三态门，当微命令EMAR为高电平时，MAR输出送往地址总线；当EMAR为低电平时，MAR输出呈高阻态，与地址总线断开。数据寄存器MDR用于存放CPU与主存或I/O接口之间的数据。CPU的输出数据必须先打入MDR，再从MDR输出到数据总线上。对于输入CPU的数据，则从数据总线输入数据到MDR然后由MDR送往CPU中的其他部件。MDR与数据总线间为双向连接，其输出级也采用三态门，可与数据总线断开。CPU对主存的控

7、制信号有两个：读信号RD控制对主存的读操作；写信号WR控制对主存的写操作。2.运算部件ALU及配合完成的一些寄存器模型机的ALU输入A来自暂存器D,输入B来自ALU总线,运算结果输出到Z。可以完成加、减、与、或、异或、求负、求反等运算。3.总线与数据通路结构（1）ALU总线（2）系统总线（1）ALU总线CPU内部采用单总线结构，即设置一组由16根双向数据传送线组成的ALU总线（也称为CPU内总线），ALU和所有寄存器通过这组公共总线连接起来。在单总线结构中，CPU的任何两个部件间的数据传送都必须通过这组总线，因此，控制比较简单，但传送速度受到限制。只能分时

8、共享。挂接在ALU总线上的寄存器几乎都设有三态输出门和打入脉冲。输