数据通路与微操作序列

数据通路基本结构

在分析微操作序列前，需明确 CPU 的硬件结构。以经典的单总线结构 CPU 为例，寄存器通常包含输入门（$X_{in}$ 或 $X_E$）和输出门（$X_{out}$）。

微操作序列实例: ADD @R0, R1

该指令的功能是将 $R0$ 指向的主存单元内容与 $R1$ 的内容相加，结果写回该主存单元。

1. 取指公共操作

取指阶段对所有指令是通用的。 重点

• T1: $P{C}_{out},MA{R}_{in},Read,Y_{in}(0),C_0=1,AL{U}_{add},Z_{in}$
  • 发出访存地址的同时，利用 ALU 完成 $PC+1$ 的并行计算。
• T2: $Z_{out},P{C}_{in},Wait(MFC)$
  • 修改 $PC$ 的值，并等待存储器完成读取。
• T3: $MD{R}_{out},I{R}_{in}$
  • 将指令送入指令寄存器。

2. 分析与执行阶段

• T4: $R{0}_{out},MA{R}_{in},Read$
  • 将 $R0$ 的内容（间接地址）送入 $MAR$ 并启动读操作。
• T5: $R{1}_{out},Y_{in},Wait(MFC)$
  • 将 $R1$ 的内容送入 ALU 暂存器 $Y$，等待操作数读出。
• T6: $MD{R}_{out},AL{U}_{add},Z_{in}$
  • 完成加法运算。
• T7: $Z_{out},MD{R}_{in}$
• T8: $Write,Wait(MFC)$
  • 将结果写回主存单元。

关键结论

• 硬件决定软件: CPU 的内部硬件连接方式决定了微操作序列的编写。 重点
• 微命令与微操作: 微命令（如 $P{C}_{out}$）是逻辑描述，微操作是硬件动作。