取指令数据通路.ppt

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1、计算机组成原理第六章知识点二：数据通路主讲教师：秦磊华问题引入指令在CPU内执行时用到了哪些功能部件?CPU内部结构的不同如何影响指令执行的过程?学习建议系统观：指令执行流程与运算器及控制器内部结构、指令功能和寻址方式等紧密相关；了解指令执行流程，对合理选择指令，进行程序优化具有重要意义；熟悉指令执行流程对CPU设计中的故障定位与调试也很有帮助。构造观：构建指令执行的数据通路。1.指令周期将指令从取出到执行完成所需要的时间称为指令周期。根据PC的值从主存取指令；执行指令的顺序寻址功能；跳跃寻址不可能在取指周期完成。1)取指周期2)译码/取操作数周期识别指令类型和寻址方式；计算有

2、效地址并读取操作数。4)写回周期3)执行周期完成指令操作码规定的操作；向条件状态寄存器中记录相关执行状态；若程序出现转移，在执行周期内还要决定转移地址。将运算结果写到结果寄存器或存储器中。基于总线结构的计算机往往将指令周期分为取指周期和执行周期2.数据通路1)关于数据通路的基本概念指令执行过程中，信息在功能部件之间传送的路径或依次使用过的功能部件的集合；指令周期的不同阶段往往使用不同的功能部件；部分功能部件在指令周期的不同阶段可能会反复使用；通常根据指令周期建立不同阶段的数据通路。3.影响数据通路建立的因素分析指令功能不同功能指令使用不同的功能部件；CPU的内部结构不同结构

3、CPU中执行指令的流程存在较大差异；寻址方式寻址方式影响有效地址计算和操作数获得过程连接方式总线方式中只能串行，专用通路方式则可并行。4.建立数据通路的基本步骤1)分析CPU的内部结构找到PC、IR、AR(或MAR)、DR(或MDR)等寄存器；重点分析PC增量数据通路,一般有下列三种情况:(a)PC寄存器具有自增功能：数据通路为PCPC(b)CPU内设置专用加法器实现(如Add)PC增量数据通路为：PCAddPC(c)利用CPU内部的ALU执行PC增量数据通路为：PCALUPC2)分析指令功能正确理解指令功能；理解不同寻址方式对指令执行流程的影响。5.基于单总线结构CP

4、U的典型数据通路5条典型指令及其功能分析1)取指阶段的数据通路取指过程数据通路PC→MAR→MEM→MDR→IRPC增量数据通路PC→X→ALU→Z→PC2)LOADR0，6#执行阶段的数据通路IRA→MAR→MEM→MDR→R03)MOVER1，10执行阶段的数据通路IRA→R14)ADDR0，R1执行阶段的数据通路R0→X→ALU；R1→ALU→Z；Z→R0。串行!5)STORER0,(R2)执行阶段的数据通路R2→MARR0→MDR→MEM6)STORER0,(R2)执行阶段的数据通路R2→MARR0→MDR→MEM7)JMP1000执行阶段的数据通路IRA→PC6

5、.基于专用通路结构CPU中的典型数据通路1)取指令的数据通路取指令数据通路：PC增量数据通路：PC→指令存储器；PC→Add→PC。2)访存类指令数据通路指令存储器→寄存器堆中的寄存器/符号扩展(与具体寻址方式有关)→数据存储器→寄存器堆中的某寄存器。3)算术逻辑运算指令数据通路IR寄存器堆ALU寄存器堆知识点二回顾指令周期的划分；指令周期每个阶段的任务；数据通路的概念；特定CPU结构中具体指令的数据通路(总线方式和专用通路方式结构的CPU)。