挑戰408——組成原理(23)——數據通路的功能跟基本結構
?數據通路的功能
數據在功能部件之間傳送的路徑,稱為數據通路。比如運算器與寄存器之間的傳送路徑,就是CPU內部的數據通路。 數據通路描述了信息從什麼地方開始,中間經過那個寄存器或者開關,最後傳送到哪個寄存器。這些都要加以控制. 數據通路的功能就是實現CPU內部邏輯運算器與寄存器以及寄存器之家的數據交換。
數據通路由操作元件和存儲單元通過匯流排或者分散方式連接而成,由操作元件和狀態元件交替組成,即數據通路的基本結構為「-----狀態元件----操作元件-------狀態元件」
下面來逐個解釋
1. 操作元件 常用的操作元件有多路選擇器mux,加法器,ALU,解碼器等等,有些操作元件不需要控制信號控制。
2. 狀態元件 狀態元件具有存儲功能,輸入狀態在時鐘控制下被寫到電路,並保持電路輸出值不變,直到下一個時鐘到達,輸入端狀態由時鐘決定何時被寫入,輸出端狀態隨時可以讀出。
3. 時鐘控制 指令的執行過程中,每個操作步驟都有先後順序,為了使得計算機能正確執行指令,CPU必須按正確的時序產生操作控制信號。
數據通路的基本結構
數據通路的基本結構主要有兩種:匯流排方式,分散方式。
1. 匯流排方式
- Cpu內部單匯流排方式:所有寄存器的輸入輸出端都連接到一條公共通路上,這種結構簡單,但是數據的傳輸存在較多的衝突現象,因此性能相對較低。
- Cpu內部多匯流排方式:所有寄存器的輸入輸出端都連接到多條公共通路上,同時可以在一個時鐘內傳輸多個數據,以提高效率。
- 專用數據通路方式:根據指令執行過程中的數據和地址流動方向,安排線路,避免使用共享的匯流排,性能高,但是硬體量大。
為了能在圖中清楚的表示各部件之間的關係,各部件之間用大寫字母表示,字母加in表示該部件允許輸入控制信號,字母加Out表示該部件允許輸出控制信號。如下圖(摘自王道考研):