5.03数据通路的功能和基本结构

数据通路的功能

1. 数据通路：数据在各功能部件之间传送的路径
2. 功能：描述了信息从哪里开始，中间经过哪些部件，最后传到哪里
3. 控制单元CU产生控制信号建立数据通路

数据通路的基本结构

1. 内部总线：同一部件内部连接各寄存器及运算部件之间的总线
2. 系统总线：同一台计算机系统的各部件相互连接的总线

CPU内部单总线方式

1. 实现：所有寄存器的输入端、输出端连接到一条公共数据通路上
2. 特点：结构简单，但一个时钟内只允许传一个数据，数据传输存在较多冲突现象
   
3. 寄存器之间的数据传送：如上图中，以PC寄存器为例，把PC的内容送到MAR，实现传送操作的控制流程及控制信号为
   a. (PC)→Bus，PCout有效
   b. Bus→MAR，MARin有效
4. 主存与CPU之间的数据传送
   a. (PC)→Bus→MAR，PCout，MARin有效
   b. 1→R，CU发出读命令
   c. M(MAR)→MDR，MARoutE，MDRinE有效
   d. (MDR)→Bus→IR，MDRout，IRin
5. 执行算数或逻辑运算
   a. Ad(IR)→Bus→MAR，IRout(或MDRout)，MARin
   b. 1→R，CU发出读控制信号
   c. M(MAR)→MDR，MARoutE，MDRinE
   d. MDR→Bus→Y，MDRout，Yin
   e. (Y)+(ACC)→Z，ACCout，ALUin，CU向ALU发加命令
   f. (Z)→ACC，Zout，ACCin

CPU内部多总线方式

1. 实现：所有寄存器的输入端、输出端连接到多条公共数据通路上

专用数据通路方式

1. 实现：根据指令执行过程中，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
2. 特点：性能高，但硬件量大
   
   
   

例题

例题1

设有如下图所示的单总线结构，分析指令ADD(R₀)，R₁的指令流程和控制信号

1. 分析：(R₁)+R₀→(R₁)
2. 取指周期
   a. (PC)→MAR，PCout，MARin
   b. M(MAR)→MDR     (PC)+1→PC，MemR，MARout，MDRinE
   c. (MDR)→IR，MDRout，IRin
   d. 指令译码，—
3. 间址周期
   a.(R₀)→MAR， R₀out，MARin
   b. M(MAR)→MDR，MemR，MARout，MDRinE
   c. (MDR)→Y，MDRout，Yin
4. 执行周期
   a. (Y)+R₁→Z，R₁out，ALUin，CU向ALU发加控制信号
   b. (Z)→MDR，Zout，MDRin
   c. (MDR)→M(MAR)，MemW，MARout，MDRoutE

分析下列的取指周期

1. (PC)→MAR，C₀
2. M(MAR)→MDR    (PC)+1→PC，CU发出读控制信号，C₁，C₂
3. (MDR)→IR，C₃
4. OP(IR)→CU，C₄