cpu设计-->总线分类与设备控制

总线结构的CPU每个设备要作什么事情,一般都要通过控制信号控制,控制信号的全体决定着总线结构的状态。所有的控制信号都来自控制器。控制信号一般要单独设立线路传输,每个信号都有独立的方向和目标。因此,在CPU内部控制线多为专用线,而不像一般教材中所说的那样,使用公共线路做为控制总线。一般除非是远距离控制信号传输,考虑到线路的节约,才使用公共线路传递,但两端都要还原成专用控制线路。所以在CPU内部少讲控制总线,多讲控制专线比较合适。

地址线在CPU内部和数据总线常常是公用的,除非地址线的条数超出数据线的条数,那么才会有专门的用于跑地址信号的部分线路,一般称为地址总线也有些勉强,称为内部总线比较恰当。

控制线的全体排列起来组成的字,叫做总线控制字,也叫计算机控制字或CPU控制字。总线控制字的每一个值都决定着CPU的一个基本状态,由于发出不同的总线控制字的值,就可以确定总线结构CPU的不同状态,它是确定CPU最基本动作的控制数据,因而又称之为微指令。

CPU一个基本状态转换到另一个基本状态的过程就叫做一个基本动作,微指令就可以决定CPU的基本动作。一连串的基本动作就可以完成一定的任务,将这一连串的基本动作定型,并且给它编码,然后用编码来启动这一连串的基本动作,这个编码就是机器指令。

CPU 的基本动作是有时间顺序的,因而CPU离不开时间的驱动。驱动CPU 工作的基本时间一般用石英振荡器发出脉冲波来完成(见图 3-2)。将脉冲波按照一定的段长截取,并且将段内的脉冲编号,就得到了确定机器指令中基本动作的顺序节拍。

一个节拍可以包含一个时钟脉冲周期,也可以包含多个时钟脉冲周期。一个CPU的硬件组织确定下来之后,局部或整体的状态会反映出信息处理的基本步骤。CPU的一个基本动作就发生在一个节拍的时间内。实际节拍的长短与组成CPU的电子器件物理特性有关,也和制造工艺有关。各种计算机的机器指令总是由有限个节拍来实现的,因此,很多情况下人们将计算机就称为有限状态机。

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cpu设计-->cpu指令设计与全程逻辑分析

CPU指令设计,除了命名之外,更重要的是分析出指令如何才能够实现.对于图 3 1的CPU结构,如果指令是预先放到irom里的,那么,指令执行时要一条一条地从irom取出来,放到ir指令寄存器中,提供给control进行分析执行.每一条指令如何转变成机器动作,CPU的设计者必须认真地进行分析和规划.这一过程叫指令全程动作分析,简称指令全程分析. 我们针对图 3-1的结构,可以尝试设计一些用符号表示的汇编指令,然后对这些汇编指令如何实现,进行细致地分析.汇编指令的二进制数表示就是机器指令.汇编指令和

基于状态机的简易RISC CPU设计

目录 一.什么是CPU? 二.RISC CPU结构 1.时钟发生器 2.指令寄存器 3.累加器 4.RISC CPU算术逻辑运算单元 5.数据控制器 6.状态控制器 7.程序计数器 8.地址多路器 9.外围模块 10.地址译码器 a.RAM b.ROM 三.RISC CPU中各部件的相互连接关系 四.RISC CPU和它的外围电路 五.RISC CPU的寻址方式和指令系统 六.RISC CPU的操作和时序 正文 一.什么是CPU? CPU 即中央处理单元的英文缩写,它是计算机的核心部件.计算机进

cpu设计-->简单cpu组成

从逻辑上讲,大家都知道计算机是由运算器.控制器.存储器.输入设备和输出设备组成的.这仅仅是一个极其概括的认识,是非专业的理解.对于想要设计CPU的人来说,这种粗浅的理解显然是差距太大了.即使是最简单的计算机CPU结构,也远不是“运算器和控制器统称CPU”的那种概念,而实际应该理解成:计算机的CPU是由控制单位.运算单位和存储单位构成的.什么是控制单位.运算单位和存储单位?在图 3-1中我们用三种颜色粗略地给出了一个简单的CPU结构,从左向右分别是控制单位.运算单位和存储单位. 控制单位有指令寄存

cpu设计-->cpu必须有哪些指令

从软件的角度来看CPU,似乎CPU 就是一连串的指令符号构成的.因而,我们设计一个CPU,首先就要考虑应该设计哪些指令.计算机的指令系统需要根据任务需求来规划,一般都会有算术运算指令.逻辑运算指令.数据传送指令.访问存储器指令.结构转移指令等. 我们设计一个简单的CPU,一般也要有加.减.乘.除这四种算数运算,所以该CPU要有加.减.乘.除运算的指令.其实任何一个CPU都不能缺少算术运算的功能,因而算术运算的指令对每一个CPU都是不能缺少的指令. 如果你是一个软件编程人员,那么你一定熟悉程序的基

cpu设计-->将基本动作组织成指令

将连接好的器件结构的基本动作进行适当地组织,就可以完成一些稍微复杂一点的功能,这些功能用特定的名称表达出来,就是我们所说的指令. 我们想设计一个数据通过指令给出,能够完成算术运算,并能将运算结果送到寄存器out输出的CPU.根据这个任务目标的需要,我们可以对图 3-1的结构设计出下面一些基本功能指令. (1)将dram的数取出送到da: (2)将dram的数取出送到out输出: (3)将dram的数与da的数相加,结果放在da: (4)将dram的数与da的数相减,结果放在da: (5)将dra

cpu设计-->机器结构决定的基本动作

由各种电子设备组织到一起,就形成了一种叫做机器的东西.本质上说,CPU 就是一种机器.机器的动作不像人那么复杂,因而总是可以划分出它的最简单动作.这种最简单的动作,我们不妨称之为基本动作.从图 3 1的结构我们可以看到,数据和地址信号可以通过总线BUS进行双向传递,控制信号一般只能由控制器Control向其他部件传输,只有少数的标志信号,如累加器da为0标志线zf,累加器da为负数的标志线nf等,是通过专线向控制器传输的,它们直接影响控制器Control的控制信号的输出.CPU向外输出数据必需通

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cpu设计-->verilog理解

Verilog HDL语言中的变量只有网线wire和寄存器reg两大类数据类型. 网线类型表示Verilog HDL结构化元件间的物理连线,它的值由驱动它的源器件的值决定,如果没有驱动源器件连接到网线,网线的缺省值为高阻z. 寄存器类型表示一个抽象的数据寄存器,它只能在always语句和initial语句中被赋值,并且寄存器变量赋值之后,值会一直被保存下来,只有在下次赋值时才会发生改变.寄存器类型变量的缺省值为x,使用中一般要进行初始化. Verilog HDL语言的描述主要有数据流描述和行为描

时钟周期、振荡周期、机器周期、CPU周期、状态周期、指令周期、总线周期、任务周期

计算机系统有一系列的“周期”概念,区别.联系地理解这些概念至关重要.以下对时钟周期.振荡周期.机器周期.CPU周期.状态周期.指令周期.总线周期.任务周期进行简单介绍. 周期 在电子技术中,脉冲信号是一个按一定电压幅度,一定时间间隔连续发出的脉冲信号.脉冲信号之间的时间间隔称为周期:而将在单位时间(如1秒)内所产生的脉冲个数称为频率.频率是描述周期性循环信号(包括脉冲信号)在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称:频率的标准计量单位是Hz(赫).电脑中的系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定