目录
 
一.整体结构图
二.基本指令数据通路
（1）取指令数据通路
（2）LOAD执行指令数据通路
（3）MOVE执行指令数据通路
（4）ADD执行指令数据通路
（5）STORE执行指令数据通路
（6）JMP执行指令数据通路
  
 

 
一.整体结构图
 
 
 
 
有很多的读写控制指令，需要分阶段来执行指令。
 
 
 
 
基本指令有LOAD，MOVE，ADD，STORE，JMP等等。
 
 
二.基本指令数据通路
 
（1）取指令数据通路
 
 
 
 
分四个阶段进行取指令操作
 对于该指令我们需要将指令存入IR中，然后PC指向下一个地址
 
 
 
  
（1）将PC的值输出，需要给出一个PCout控制信号将其送到总线，然后给出ARin控制信号将其送入AR中，同时一个Xin控制信号将其送入X寄存器中。（注意是在时钟周期到来时将其写入）
 
 
 
 
 
  
（2）选择ALU的＋1控制信号将X中存放的地址进行该操作（MIPS为+4），然后输入到Z中（因为Z没有输入控制信号所以直接输入，进入其中进行锁存）。同时主存给出Read信号开始读取地址中的内容。
 
 
 
 
 
  
（3）此时我们需要将更新后的PC值返回PC，所以给出Zout输入信号进入总线，并且有PCin输入信号进行输入操作。将主存中的内容读取到DR中。
 
 
 
 
 
  
（4）我们通过DRout和IRin将DR中的值送入到IR中。当指令取出后再送到指令译码器生成操作控制信号。
 
 
 
 
（2）LOAD执行指令数据通路
 
 
 
 
同样分四个阶段进行执行操作
 对于该指令我们需要将IR中的指令取出放入主存中找到对应的值，然后存入R0中
 
 
 
  
（1）我们通过IRout控制信号取出指令进入总线，然后通过ARin控制信号存入AR中。
 
 
 
 
 
  
（2）进行指令再主存中的读取
 
 
 
 
 
  
（3）通过DREin信号将结果输入DR中
 
 
 
 
 
  
（4）通过DRout和R0控制信号，将结果存入R0寄存器中，Load指令操作结束。
 
 
 
 
（3）MOVE执行指令数据通路
 
 
 
 
该操作只有一个阶段
 我们将10即IRA中的值传递给寄存器R1
 
 
 
  
（1）通过IRout控制信号输出到总线，然后通过R1in控制信号输入到R1寄存器中。
 
 
 
 
（4）ADD执行指令数据通路
 
 
 
 
分三个阶段
 将寄存器R0和R1中的值相加并返回到R0中
 
 
 
  
（1）通过R0out信号将R0中的值送入总线，然后通过Xin指令锁存到X寄存器中。
 
 
 
 
 
  
（2）通过R1out控制信号将结果输入到ALU的B端，然后通过ADD控制信号，将X中的值与其相加，求得结果放入暂时寄存器Z中。
 
 
 
 
 
  
（3）通过Zout控制信号和R0in控制信号将结果转移到R0中。
 
 
 
 
（5）STORE执行指令数据通路
 
 
 
 
分三个阶段
 将R0的值写入主存，地址为R2的地址
 
 
 
  
（1）通过R2out和ARin信号将地址存放到AR中
 
 
 
 
 
  
（2）通过R0out和DRin信号将值存放到DR中
 
 
 
 
 
  
（3）通过主存的Write信号和DREout信号将该内容写入主存
 
 
 
 
（6）JMP执行指令数据通路
 
 
 
 
只有一个阶段
 将PC跳转到1000的位置
 
 
 
  
（1）立即数存放再IR中，我们通过IRout和PCin信号将该地址输入到PC中
 
 
 

实验目的
 
帮助学生理解单总线结构CPU基本原理，能设计基于微程序控制器的单总线CPU，使得MIPS程序能在单总线结构上运行，最终能运行简单的排序程序sort-5.hex。
 
实验内容
 
完成前面所有实验关卡以后，在本关进行最终的联调，测试排序程序。
 在RAM中加载sort-5.hex程序，ctrl+k自动运行，程序应该运行至0x7c1节拍停下，指令计数为251，注意最后一条指令是一条beq分支指令，会跳回当前指令继续执行，是死循环。
 
 
内存数据如下：
 
 
MipsOnBusCpu-1.circ ◆单总线CPU(微程序) 子电路
 
 
测试：
 
预期输出：
Clks     ControlBus ErrBit
实际输出：
Clks     ControlBus ErrBit
 

CPU内部单总线方式
 
1.指令周期的数据流
 
 2.数据通路
 
 3.CPU内部单总线方式
 
 
 4.总结
 

 
文章目录
 
数据通路
CPU内部单总线方式
1．寄存器之间数据传送
2．主存与CPU之间的数据传送
3．执行算术或逻辑运算
   
CPU内部单总线方式——例题
解答：
  
 

 
数据通路
 
数据通路：数据在功能部件之间传送的路径。
 
也就是信息从哪里开始中间经过哪些部件最后传到哪里，由控制部件产生的控制信号建立数据通路
 
数据通路的基本结构可分为三类：
 
CPU内部单总线方式。
CPU内部多总线方式。
专用数据通路方式。
 
CPU内部单总线方式
 
内部总线是指同一部件，如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线；
 
系统总线是指同一台计算机系统的各部件，如CPU、内存、通道和各类I/O接口间互相连接的总线。
 
1．寄存器之间数据传送
 
比如把PC内容送至MAR，实现传送操作的流程及控制信号为：
 
(PC)→Bus 	PCout有效，PC内容送总线
Bus→MAR 	MARin有效，总线内容送MAR

也可写为： (PC)→Bus→MAR
也有的教材写为： PC→Bus→MAR
 
重要的是描述清楚数据流向
 
 
2．主存与CPU之间的数据传送
 
比如CPU从主存读取指令，实现传送操作的流程及控制信号为：
 
(PC)→Bus→MAR 	PCout和MARin有效，现行指令地址→MAR
1→R 			CU发读命令(通过控制总线发出，图中未画出)
MEM(MAR)→MDR 	MDRin有效
MDR→Bus→IR 		MDRout和IRin有效，现行指令→IR
 
 
3．执行算术或逻辑运算
 
比如一条加法指令，微操作序列及控制信号为：
 
Ad(IR)→Bus→MAR 		MDRout和MARin有效(或AdIRout和MARin有效)
1→R 				CU发读命令
MEM(MAR)→数据线→MDR 	MDRin有效
MDR→Bus→Y 			MDRout和Yin有效，操作数→Y
(ACC)+(Y)→Z 		ACCout和ALUin有效，CU向ALU发送加命令
Z→ACC 				Zout和ACCin有效，结果→ACC
 
 
CPU内部单总线方式——例题
 
设有如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。
 
 
解答：
 
 
分析指令功能和指令周期
 功能：((R0))+(R1)→(R0)
 取指周期、间址周期、执行周期
 
 
写出各阶段的指令流程
 取指周期：公共操作
 
 
时序
微操作
有效控制信号
1
(PC)→MAR
PCout，MARin
2
M(MAR)→MDR ，(PC)+1→PC
MemR，MARout，MDRinE
3
(MDR)→IR
MDRout，IRin
4
指令译码
-
5（可省）
(PC)+1→PC
-
间址周期：完成取数操作，被加数在主存中，加数已经放在寄存器R1中。
 
时序
微操作
有效控制信号
1
(R0)→MAR
R0out，MARin
2
M(MAR)→MDR
MemR，MARout，MDRinE
3
(MDR)→Y
MDRout，Yin
执行周期：完成取数操作，被加数在主存中，加数已经放在寄存器R1中。
 
时序
微操作
有效控制信号
1
(R1)+(Y)→Z
R1out，ALUin，CU向ALU发ADD控制信号
2
(Z)→MDR
Zout，MDRin
3
(MDR)→M(MAR)
MemW，MDRoutE，MARout
各个周期之执行数据流程图如下：