模型机的基本组成和数据通路课件
计算机组成原理第1章PPT课件
3.数据传输率与数据通路宽度 （1）数据通路宽度: 数据总线一次能并行 传输的数据位数。 （2）数据传输率（带宽）：数据总线每秒 传输的数据量。
总线位数×总线时钟频率
总线带宽 =
8
（B/S）
主存带宽 =？
4.存储容量
1）主存容量
K、M、G、T
1024
指存储单元个数 × 位数。
决定地址位数
存储体
控制线路
数据寄存器 读/写线路
译码器
…………
地址寄存器
…………
存储体: 存放信息的实体。 寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。 读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂 存读/写数据。 控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。 3）讨论 存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
（3） 输入/输出设备 1）功能：转换信息。
换、逻辑控制等功能。
2.典型的硬件系统结构 （1）以总线为基础的系统结构 特点：结构简单、控制方便、扩展容易。
总线
部件 部件 部件
单总线结构 系统总线
CPU
M
接口
I/O
接口 I/O
（2）采用通道或IOP的系统结构 带通道的系统（图1-6）
主机
通道
I/O控制器
I/O
• 规模较小的系统可将通道部件设置在 CPU内部。
1.3.2 计算机的主要性能指标
1.基本字长 指操作数的基本位数。 和运算器、寄存器、总线有关，它影响
计算精度、指令功能。 8 — 16 — 32 — 64位
2. 运算速度 （1）定点/浮点四则运算时间
（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS） （3）CPU时钟频率（Hz）
5M 100M 1G 2.0G 3.2G （4）典型程序执行时间 （5）每条指令平均执行周期.事先编制程序 2.事先存储程序 3.自动、连续地执行程序
A1-3-模型机-原理图
…
LA,EA,LA’,Ev,N…
Ec
CLR
LM CLK EPR
内存地址寄存器 MAR
4
4
Lo CLK
Addr Bus
8
输出寄存器 OutReg
8
φ
RESET
存储器 PROM
8
LED显示
2. 各部件原理
PROM
Data Bus
LA EA CLK 8 Ev N 8 LA’ CLK Cp CLK
A ∑
8 4 4 8 8
程序计数器 PC
Ep CLR
指令寄存器 IR
4
LI CLK
EI CLR
A’
8
操作码译码器 OD
LDA,ADD,SUB,OUT,HLT
控制逻辑 CL
CLK 时钟及脉冲分配器 PD
T0,T1,T2,T3,T4,T5
CLR
…
LA,EA,LA’,Ev,N…
Ec
CLR
LM CLK EPR
A ∑
8 4 4 8 8
程序计数器 PC
Ep CLR
指令寄存器 IR
4
LI CLK
EI CLR
A’
8
操作码译码器 OD
LDA,ADD,SUB,OUT,HLT
控制逻辑 CL
CLK 时钟及脉冲分配器 PD
T0,T1,T2,T3,T4,T5
CLR
…
LA,EA,LA’,Ev,N…
Ec
CLR
LM CLK EPR
D7 D6 D0
&
D
LA
CLK
a7
D Q
a6
D Q
a0
Q
总线-PPT课件
（3）打印机：信息转换、调用过程（中断方式） （4）磁盘：信息分布与寻址信息、磁记录方式、 调用过程（DMA方式）、速度指标和容量指标
题型： 综合设计
单选 简答
第一章
CPU组织
1.1 逻辑组成（模型机） 1、CPU数据通路框图（寄存器级）
2、结构特点 （1）寄存器 独立结构 可编程：R0～R3、PC、SP、PSW 非编程：C、D、IR、MAR、MBR （2）ALU部件 作为CPU内部数据传送通路的中心。 输入选择器：选择操作数来源 ALU：运算处理 输出移位器：选择输出方式
（3）时序转换（组合逻辑控制方式） 1 FT 、CPFT、…… 周期状态设置、清除： 节拍（时钟周期）计数、清除：T+1、CPT
周期状态触发器：
FT ST DT ET
1 FT CPFT 1 ST CPST 1 DT CPDT 1 ET CPET 节拍计数器： T
T+1 CPT
2、例题 MOV (SP)+ ，(R0)； FT0：M IR PC+1 ST0：SP MAR ST1：M MBR C ST2：SP+1 SP DT0：R0 MAR ET0：C MBR ET1：MBR M ET2：PC MAR PC
微程序： 包含若干微指令，解释执行一条机器指令。 工作程序： 包含若干机器指令，完成某一特定任务。 CM：存放微程序，位于CPU内。 主存：存放工作程序，位于CPU外。 （2）优缺点 优点：结构规整，设计效率高，性价比高，可靠 性高，易于修改、扩展指令系统功能。 缺点：速度较慢，执行效率受影响。 （3）应用 用于速度要求不是很高、功能复杂的机器中，特 别适用于系列机。
（1）I/O传送的控制机制 中断：基本概念、中断控制器与接口、中断过程 DMA：基本概念、DMA控制器与接口、 DMA过程 （2）接口设计 接口组成、拟定命令字和状态字格式、扩展中断源
七年级信息技术上册 第一章 微型计算机概述课件课件
注意，微处理器并不是一台完整的计算机，要构成一台完整的计算机（主机），还需要有： 存储器、I/O接口及系统总线。
微处理器的主要功能部件 （1）算术逻辑部件（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。
1985年
80386
32万
1990年
80486
120万
1993年
Pentium 320万
1996年
Pentium Pro 550万
1997年2月 Pentium II 750万，300MHz
1999年
Pentium III
2000年(4季度) Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，
而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻 一番。”
－－Gordon Moore，1965
总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它 能分时地发送和接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输 线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计 算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。
五.微型计算机（续）
4.微型计算机的主要技术指标 (1)字长:参与运算的数的位数.它决定着计算机的内部寄存器、 加法器及数据总线（数据通路）的位数。有4位，8位，16位， 32位，64位等。 (2)主存容量:主存储器所能存储信息的总量。通常以字节数 (Byte)来表示。例：内存128MB。有时也用到“位容量”---2pXq. (3)运算速度:有不同的计量方法和测试标准。 MIPS(Million Instruction Per Second) (4)平均无故障运行时间(可靠性) MTBF(Mean Time Between Failures),平均无故障间隔时间 (5)性能/价格比
8-第四章 模型机
第四章模型机一、模型机总体结构CP226 模型机包括了一个标准CPU 所具备所有部件，这些部件包括：运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM，以及中断控制电路、跳转控制电路。
其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD 来实现，其它电路都是用离散的数字电路组成。
微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。
模型机为8 位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。
模型机的指令码为8 位，根据指令类型的不同，可以有0 到2 个操作数。
指令码的最低两位用来选择R0-R3 寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。
而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。
在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。
模型机有24 位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。
二、24 个控制信号XRD ：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。
EMWR：程序存储器EM写信号。
EMRD：程序存储器EM读信号。
PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上。
EMEN：将程序存储器EM 与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD决定是将DBUS 数据写到EM中，还是从EM读出数据送到DBUS。
IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uPC。
EINT：中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。
ELP：PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转。
计算机组成原理第6章
第6章中央处理器
图 6－6 指令周期与 CPU 周期的包含关系
第6章中央处理器
6. 1. 4 指令执行流程 指令的执行是从取指周期开始的。取指周期主要完成从
内存取出要执行的指令,并使指针指向下一条指令,即 PC=PC+ “ 1 ”,这里的“ 1 ”表示当前这条指令的实际字长。 取指完成后,对指令进行译码,再转入具体的指令执行过程。 指令在执行过程中如果采用间接寻址方式,还需要增加间址 周期,如图 6－5 所示。
第6章中央处理器
3. 时序控制 每一条指令在执行的过程中,必须在规定的时间给出各 部件所需操作控制的信号,才能保证指令功能的正确执行。 因此,时序控制就是定时地给出各种操作信号,使计算机系统 有条不紊地执行程序。 4. 数据加工 数据加工是指对数据进行算术运算、逻辑运算或其他处 理。
第6章中央处理器
第6章中央处理器
图 6－7 所示是一个采用总线结构将运算器、寄存器连 接起来的控制器内部数据通路。其各部件与内部总线 IBUS 和系统总线 ABUS 、 DBUS 的连接方式如图中所示,图中的 “ o ”为控制门,在相应控制信号(信号名称标在“o ”上)的控 制下打开,建立各部件之间的连接。GR 是通用寄存器组, X 和 Z 是两个暂存寄存器。
计算机组成原理-简单模型机设计课设
目录摘要 (2)前言 (3)正文 (4)一、设计目的和设计原理 (4)1.1设计目的 (4)1.2设计原理 (4)二、总体设计 (7)三、详细设计 (8)3.1运算器的物理结构 (8)3.2存储器系统的组成与说明 (11)3.3指令系统的设计与指令分析 (12)3.4微程序控制器的逻辑结构及功能 (14)3.5微程序的设计与实现 (18)四、系统调试 (27)总结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)摘要根据设计任务书要求，本设计要实现完成一个简单计算机的设计，主要设计部分有运算器，存储器，控制器以及微指令的设计。
其中运算器由运算芯片和寄存器来完成,存储器由总线和寄存器构成，使用硬布线的方式实现控制器，从而完成设计要求。
:关键词：基本模型机的设计；运算器；存储器；控制器；前言计算机组成原理是计算机科学技术学科的一门核心专业基础课程。
从课程的地位来说，它在先导课程和后续课程之间起着承上启下的作用。
计算机组成原理讲授单处理机系统的组成和工作原理，课程教学具有知识面广，内容多，难度大，更新快等特点。
此次课程设计目的就是为了加深对计算机的时间和空间概念的理解, 增强对计算机硬件和计算机指令系统的更进一步了解。
计算机组成原理课程设计目的是为加深对计算机工作原理的理解以及计算机软硬件之间的交互关系。
不仅能加深对计算机的时间和空间的关系的理解，更能增加如何实现计算机软件对硬件操作，让计算机有条不紊的工作。
正文一、设计目的和设计原理1.1设计目的融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对硬连线控制器的认识，建立清晰的整机概念。
对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解,加深对理论课程的理解。
在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。
微体系结构 —CPU组织
PC R0～R3，SP，PC
操作数地址紧跟着指令
变址寄存器内容与紧跟指16令的位 移量相加，为操作数地址
3．操作类型
操作码共4位，现设置14种指令，余下两种操作码组合可供扩展。
（1）传送指令
MOV——传送，操作码0000。
（2）双操作数算术逻辑指令
ADD——加，操作码0001（带进位）。 SUB——减，操作码0010（带进位）。 AND——逻辑与，操作码0011。 OR ——逻辑或，操作码0100。 EOR——逻辑异或，操作码0101。
工作脉冲P的前沿：作为打入寄存器的定时信号，
它标志着一次数据通路操作的完成。
P的后沿：作为节拍、工作周期切换的定时信号，
在此刻对节拍计数器T计数、打入新的工作周期状态。
23
3.4.3 指令流程
P108
分析指令流程是为了在寄存器这一层次分析指令的读取与执
行过程，也就是讨论CPU的工作机制。
1．取指周期FT
CPU响应DMA请求之后，进入DMAT。在DMAT中，CPU交出系统总线
的控制权，即MAR、MDR与系统总线脱钩（呈高阻态）。改由DMA控制器
控制系统总线，实现主存与外围设备间的数据直接传送，因此对CPU来说，
DMAT是一个空操作周期。
21
P107
左图描述了指令执行时工作
FT
周期状态变化流程。
ST
R R0～R3，SP，PSW 数在指定寄存器中
1 寄存器间址 (R) R0～R3，SP
地址在指定寄存器中
2
自减型寄存 器间址
-(R)
R0～R3，SP
寄存器内容减1后为操作数地 址
3
立即/自增 型寄存器间
址
微机组成原理课程设计基本模型机的设计
本次设计任务：基本模型机设计
设计任务
设计一个基本模型机，实现基本的运 算功能和输入/输出功能。
设计要求
模型机应具有简洁明了的结构，易于 理解和实现；应能够实现基本的算术 运算和逻辑运算；应具有基本的输入/ 输出功能，能够与外界进行交互。
02
基本模型机概述
02
基本模型机概述
基本模型机定义及功能
万用表测量
通过万用表测量电压、电流和 电阻等参数，验证硬件电路性 能。
逻辑分析仪
捕获并分析数字电路中的信号 ，定位硬件故障。
硬件仿真器
模拟硬件运行环境，进行硬件 功能验证和性能分析。
软件调试策略及常见问题解决方案
调试器使用
利用调试器进行单步执行、断点设置等操作， 跟踪程序执行过程。
日志输出
在程序中添加日志输出语句，记录程序运行 状态和关键数据，便于问题定位。
意义
课程设计是理论与实践相结合的重要环节，能够帮助学生深 入理解微机组成原理的理论知识，提高学生的动手能力和解 决问题的能力，为后续的计算机专业课程学习和工作打下坚 实的基础。
课程设计目标与意义
目标
通过课程设计，使学生掌握微机组成原理的基本知识，具备 分析和设计计算机系统的能力，培养学生的实践能力和创新 意识。
兼容性测试
测试模型机在不同操作系统、编译器等环境 下的兼容性。
性能测试方法和评价标准
基准测试
采用公认的基准测试程序，评估模型机的性 能水平。
稳定性测试
长时间运行模型机，观察其性能波动情况， 评估稳定性。
压力测试
模拟高负载运行环境，测试模型机在极端情 况下的性能表现。
兼容性测试
测试模型机在不同操作系统、编译器等环境 下的兼容性。
模型机的基本组成和数据通路PPT课件
步打入脉冲将AL模U型机总的基线本组上成和数的据通数路 据打入其中。
（2）控制器
• 控制器是全机的指挥中心，其基本功能就是执行指令， 即根据指令产生控制信号序列以命令相应部件分步完 成指定的操作。
• 控制器向CPU内部发送控制信号，控制寄存器之间的 数据传送，使ALU完成指定的功能以及其他的内部操 作；向CPU外部发出控制信号，以控制CPU与存储器 或I/O设备之间传送数据。
（4）程序计数器PC
• 程序计数器又称为指令计数器或指令指针IP，它 的作用是提供指令的地址。因此PC用来指示程序 的进程。当现行指令执行完毕时，由PC提供后继 指令的地址，并送往主存的地址寄存器MAR 。
• 当程序按顺序执行时，每读取一条指令后，PC要 加上一个增量（通常为刚读取指令所占的存储单 元数），以指向下条指令地址。当遇到转移指令 时，需改变程序的执行顺序，则由转移指令形成 转移地址送往PC作为后继指令地址。
行指令3个阶段。
模型机的基本组成和数据通路
1. 指令的执行过程：
ห้องสมุดไป่ตู้• （1）.指令执行过程一般可分为： • 取指令 根据指令寄存器的PC提供的地址从
主存储器中读取现行指令，送到主存数据缓 冲器MDR中，然后再送往CPU内的指令器IR 中。同时改变指令计数器的内容，使之指向 下一条指令地址或紧跟现行指令的立即数或 地址码。 • 分析指令 • 执行指令
• 存放所处理的寄存器，如通用寄存器和暂存器
• 为简单起见，所有寄存器都是16位，内部结构是 16个D触发器，数据代码输入至D端，由CP端脉冲 同步打入，其输出由输出门控制。PSW的特征位则 由R、S端置入，系统总线对MDR的输入也由R，S 端置入。
基本模型机的数据通路逻辑框图设计
学号：课程设计课程名称计算机组成原理题目基本模型机的数据通路逻辑框图设计学院计算机科学与技术学院专业软件工程班级姓名指导教师田小华2010 年 1 月20 日课程设计任务书学生姓名：明文菊专业班级：软件0703班指导教师：田小华工作单位：计算机学院题目: 基本模型机的数据通路逻辑框图设计初始条件：1.完成<<计算机组成原理>>课程教学与实验2.TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.掌握复杂指令系统计算机的微控制器功能与结构特点2.熟悉TDN-CM+教学实验系统的微指令格式3.设计五条机器指令,并编写对应的微程序4.在TDN-CM+教学实验系统中调试机器指令程序,确认运行结果5.建立复杂指令系统计算机的整机概念模型时间安排：1.第20周周1(元月18日):全体集中讲解课程设计原理与方法2.第20周周2～5(元月18～22日):分班实验,调试机器指令程序指导教师签名： 2010 年元月日系主任（或责任教师）签名： 2010 年元月日1.目的掌握计算机各功能模块的工作原理和相互关系,建立计算机的整机概念2.设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台,排线若干3.课程设计内容3.1课程设计原理课程设计采用五条机器指令:IN,ADD,STA,OUT,JMP,请列出指令序列并给出如下内容: 3.1.1开关SWA和SWB的定义和数据通路框图SWA SWB 控制台指令0 0 读内存（KRD）0 1 写内存（KWE）1 1 启动程序（RP）3.1.2 微指令格式微程序流程图3.1.3微指令二进制代码表八进制二进制格式十六进制格式微地址S3S2S1S0MCnWEA9A8 A B C μA5～μA0微地址微指令内容00Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 100 0 1 0 0 0 0 00H 018110H 01Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 0 1 0 01H 01ED82H 02Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 100 000 001 0 0 1 0 0 0 02H 00C048H 03Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 0 1 0 0 03H 00E004H 04Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 011 000 000 0 0 0 1 0 1 04H 00B005H 05Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 010 001 000 0 0 0 1 1 0 05H 01A206H 06Q 1 0 0 1 0 1 0 1 1 001 101 000 0 0 0 0 0 1 06H 959A01H 07Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 1 1 0 1 07H 00E00DH 10Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001 000 000 0 0 0 0 0 1 08H 001001H 11Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 0 1 1 09H 01ED83H 12Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 1 1 1 0AH 01ED87H 13Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 1 1 1 0 0BH 01ED8EH 14Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 1 1 0 0CH 01ED96H 15Q 0 0 0 0 0 0 1 0 1 000 001 000 0 0 0 0 0 1 0DH 028201H 16Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 1 1 1 1 0EH 00E00FH 17Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 000 0 1 0 1 0 1 0FH 00A015H 20Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 0 1 0 10H 01ED92H 21Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 1 0 0 11H 01ED94H 22Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 100 0 1 0 1 1 1 12H 00A117H 23Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 000 0 0 0 0 0 1 13H 018001H 24Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 010 000 000 0 1 1 0 0 0 14H 002018H 25Q 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 101 000 0 0 0 0 0 1 15H 070A10H 26Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 101 000 110 0 0 0 0 0 1 16H 00D181H 27Q 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 101 000 0 1 0 0 0 0 17H 070A10H 30Q 0 0 0 0 0 1 1 0 1 000 101 000 0 1 0 0 0 1 18H 068B11H·3.2.2.1按下图接线：按微程序控制器实验的步骤输入并检验本页微指令代码表·3.2.2.2按下页图连接线·3.2.2.3 按如下步骤操作:⑴.微控器的编程开关拨至RUN,STEP→STEP,STOP→RUN⑵.按KWE过程写机器指令程序:①CLR:0→1，②SWB,SWA置01③按动START,地址寄存器AR=010001(21Q)④按动START, AR=010100(24Q),此时从数据开关置入要写入的机器指令⑤按动START:完成写入(写入一条机器指令)⑥不断按动START,当AR=010100(24Q)时,从数据开关置入机器指令(注意：可以重复写入机器指令 )⑶.检查程序:①CLR:0→1②SWB,SWA置00③按动START, 地址寄存器AR=010000(20Q)④按动START, 地址寄存器AR=010010(22Q)⑤按动START, 地址寄存器AR=010111(27Q): 总线LED显示内存内容⑥不断按动START,当AR=010111(27Q)时: 总线LED显示内存内容(查看内存内容)⑷.运行目标程序: 微控器的编程开关拨至RUN,STEP→STEP,STOP→RUN①CLR:0→1②SWB,SWA置11③每按动一次START键,就单步运行一条微指令④请对照微程序流程图,观察微地址显示灯是否和流程一致⑤运行一遍后,可检查存数单元0BH中的结果是否和理论值一致4.课程设计总结4.1. 给出每条机器指令的微程序IN R0 “INPUT DEVICE(班号)”→R0ADD [0AH],R0 R0+[0AH] →R0STA R0,[0BH] R0→[0BH]OUT [0BH] [0BH] →LEDJMP 00H 00H→PC4.2个人小结与体会数据通路框图如下：本科生课程设计成绩评定表班级：软件工程0703班姓名：明文菊学号：0120710680331 序号评分项目满分实得分1 学习态度认真、遵守纪律102 设计分析合理性103 设计方案正确性、可行性、创造性204 设计结果正确性405 设计报告的规范性106 设计验收10总得分/等级评语：注：最终成绩以五级分制记。
模型机详细介绍
模型机详细介绍模型机的结构非常复杂，如果对模型机的结果和工作原理不了解的话在做模型机实验时将非常困难，所以在这里对模型机的结构、工作过程和控制器的控制原理等做详细介绍，以让大家更好的进行模型机实验，从而进一步理解计算机组成原理这门课程中的知识。
1. 模型机的结构模型机主要由运算器、控制器、存储器、数据总线、输入输出和时序产生器组成，模型机的结构图如图1所示。
图1 模型机结构图（1）运算器。
运算器又由运算逻辑单元、数据暂存器、通用寄存器组成。
在图1模型机的结构图中，ALU、ALU_G和74299组成运算逻辑单元，其中ALU是由2个4位的74LS181串联成8位的运算器，ALU_G是ALU-G 实现用于控制ALU的运算结果的输出，74299用74LS299实现用于对ALU 的运算结果进行移位运算；数据暂存器在图1中由DR1和DR2组成，DR1和DR2都是用74LS273实现，它们用于存储运算器进行运算的两个操作数；通用寄存器在图1中由R0、R1和R2组成，R0、R1和R2都是用74LS374实现，它们用作目的寄存器和源寄存器。
（2）控制器。
控制器由微程序控制器、指令寄存器、地址寄存器和程序计数器组成。
在图1中微程序控制器表示为MControl，它里面存放了指令系统对应的全部微程序，微程序控制器是由微控制存储器和3个138译码器实现（A138、B138和P138），用于产生控制信号来控制各个组件的工作状态；在图1中指令寄存器表示为IR，指令寄存器由一个74LS273实现，用于存放当前正在执行的指令；在图1中地址寄存器表示为AR，地址寄存器由一个74LS273实现，在读取或者写入存储器时用于指明要读取或写入的地址；程序计数器在图1中由PC_G和PC组成，其中PC是由八位二进制同步计数器实现，用于产生程序指针pc的下一个值，PC_G由PC-G实现，用于存储程序的程序指针pc的值。
（3）存储器。
存储器在图1中表示为MEN，存储器用静态随机存储器6116实现，用来存储用户程序和数据。
模型机的基本组成和数据通路110页PPT
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基谢Βιβλιοθήκη ！模型机的基本组成和数据通路
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
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路
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1.寄存器 2.运算部件 3.总线与数据通路结构 4.控制器及微命令的基本形式
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1.寄存器
• CPU中的寄存器有：
• 存放控制信息的寄存器，如指令寄存器、程序计数器和 程序状态字寄存器
• 指令系统中没有为暂存器分配编号，因此程序
员不能编程访问它们PP，T学习因交流 而是透明的。
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（3）指令寄存器IR
• 指令寄存器IR用来存放当前正在执行的一条指 令。当执行一条指令时，应先将指令从主存中读
出到IR中。IR的输出是控制器产生控制信号的主要
逻辑依据。不可编程访问。
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（4）程序计数器PC
第四讲
一． 模型机的基本组成和数据通路 二． 数据传送 三． 时序控制方式 四． 模型机的指令系统 五． 模型机的时序系统 六． 指令流程图 七． 微程序控制概念 八． 比较组合逻辑控制方式和微程序控制方式
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一、CPU模型的组成及其数据通路
基本组成
控制器 运算部件 各种寄存器 用于存放指令、指令地址、操作数及其
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（1）通用寄存器
• 通用寄存器4个：R0，R1，R2，R3。
• 这是一组可编程访问，具有多种功能的寄存 器。在指令系统中为这些寄存器分配了编号 即寄存器地址，因此可编程指定使用某个寄 存器。通用寄存器本身在逻辑上只具有接受 信息、存储信息和发送信息的功能。但通过 编程与运算部件的配合就可以实现多种功能， 如它们可为ALU提供操作数并存放运算结果， 也可以用作变址寄存器、地址指针和计数器 等。
多个，由打入脉冲将ALU总线上的信息代码打入其
中。
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（2）系统总线
• 系统总线包括：16根地址总线，16根数据总线， 以及控制总线。模型机采用同步控制方式。
• CPU通过MAR向地址总线提供访问主存单元或I/O接口的 地址，由控制信号EMAR决定是否发送地址。I/O接口 （如DMA控制器）也可以向地址总线发送访存地址。
• 存放所处理的寄存器，如通用寄存器和暂存器
• 为简单起见，所有寄存器都是16位，内部结构是 16个D触发器，数据代码输入至D端，由CP端脉冲 同步打入，其输出由输出门控制。PSW的特征位则 由R、S端置入，系统总线对MDR的输入也由R，S 端置入。
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1.寄存器
（1）通用寄存器 （R0，R1，R2，R3） （2）暂存器（C、D、Z） （3）指令寄存器IR （4）程序计数器PC （5）程序状态字寄存器PSW （5）堆栈指针SP （6）与主存接口的寄存器MAR、MDR
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（2）暂存器
• 暂存器有3个：C，D，Z。
• 暂存器C可用来暂存从主存储器读出的数据，这 个数据是不能存放在通用寄存器中，否则会破 坏其原有的内容。
• 由于CPU是单总线结构，因此ALU的输入端必须 设置一个暂存器D，用来存放一个操作数，在 ALU输出端设暂存器Z存放运算结果。暂存器D 还可暂存从主存储器读出的数据，并设有左移 LU及配合完成的一些寄存器
• 模型机的ALU输入A来自暂存器D,输入B来自ALU 总线,运算结果输出到Z。
• 可以完成加、减、与、或、异或、求负、求反等 运算。
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3.总线与数据通路结构
（1）ALU总线 （2）系统总线
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（1）ALU总线
• CPU内部采用单总线结构，即设置一组由16 根双向数据传送线组成的ALU总线（也称为 CPU内总线），ALU和所有寄存器通过这组公共总
再从MDR输出到数据总线上。对于输入CPU的数据， 则从数据总线输入数据到MDR然后由MDR送往CPU 中的其他部件。MDR与数据总线间为双向连接，其 输出级也采用三态门，可与数据总线断开。 • CPU对主存的控制信号有两个：读信号RD控制对主 存的读操作；写信号WR控制对主存的写操作。
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• PC具有加1计数功能，并可以编程访问。
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（5）程序状态字寄存器PS
• 程序状态字寄存器又称为标志寄存器，用来 存放现行程序的运行状态和工作方式，其内 容称为程序状态字PSW。PSW是参与控制程 序执行的重要依据。
• PSW中的一部分内容是记录上条指令执行后 的结果标志：进位标志C，溢出标志V，结果 为零标志Z，结果为负标志S，奇偶标志P。 每当一条指令执行完，CPU将根据运算结果 自动修改这些标志。
• 地址寄存器MAR用于存放CPU访问主存或I/O 接口的地址。MAR连接地址总线的输出门是三态
门，当微命令EMAR为高电平时，MAR输出送往地 址总线；当EMAR为低电平时，MAR输出呈高阻态， 与地址总线断开。
• 数据寄存器MDR用于存放CPU与主存或I/O接 口之间的数据。CPU的输出数据必须先打入MDR，
• 程序计数器又称为指令计数器或指令指针IP，它 的作用是提供指令的地址。因此PC用来指示程序 的进程。当现行指令执行完毕时，由PC提供后继 指令的地址，并送往主存的地址寄存器MAR 。
• 当程序按顺序执行时，每读取一条指令后，PC要 加上一个增量（通常为刚读取指令所占的存储单 元数），以指向下条指令地址。当遇到转移指令 时，需改变程序的执行顺序，则由转移指令形成 转移地址送往PC作为后继指令地址。
线连接起来。在单总线结构中，CPU的任何两个部 件间的数据传送都必须通过这组总线，因此，控制
比较简单，但传送速度受到限制。只能分时共享。
• 挂接在ALU总线上的寄存器几乎都设有三态输出门
和打入脉冲。输出门打开，便将寄存器中的信息代
码送到ALU总线上去，但每次只允许一个部件向
ALU总线发送信息代码；接收信息的寄存器可以有
• PSW中另一部分内容由编程设定：跟踪标志
T，用以变成设定断点；中断允许标志I，指
示CPU是否允许响应外部中断请求。
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（6）堆栈指针SP
• SP用来指示堆栈栈顶的位置，其内容是栈顶单 元的地址。SP也是可以编程访问的寄存器。
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（7）与主存接口的寄存器MAR，MDR