18、CPU控制信号详解

CPU控制信号详解

在计算机设计领域，有句老话常被提及：项目的最后 10% 往往需要投入 90% 的工作量。在构建计算机的过程中，我们虽已取得显著进展，但仍未大功告成。接下来，让我们深入探讨 CPU 控制信号这一关键部分。

1. CPU 组件与总线连接

设计的 CPU 基于 Intel 8080 微处理器，其主要组成部分包括算术逻辑单元（ALU）和寄存器阵列。ALU 用于执行字节的算术和逻辑运算，寄存器阵列包含七个寄存器（用 A、B、C、D、E、H 和 L 标识）的锁存器，此外还有三个额外的锁存器用于保存指令字节及后续的一到两个字节。

这些组件通过两条数据总线相互连接，并与随机存取存储器（RAM）相连：
- 8 位数据总线 ：用于在组件之间传输字节。
- 16 位地址总线 ：用于指定内存地址。

同时，还有程序计数器用于维护 RAM 的地址，以及一个增量 - 减量器用于对 16 位内存地址进行增减操作。

组件之间除了通过总线连接，还通过一组复杂的控制信号相连，这些控制信号主要分为两类：
- 将值置于总线上的信号 ：连接到各种三态缓冲器的使能输入，这些缓冲器将组件的输出连接到总线。
- 从总线保存值的信号 ：通常控制各种锁存器的时钟输入，这些锁存器将总线连接到总线上的组件。唯一的例外是使用 RAM 写信号将数据总线上的值保存到内存时。

2. 主要组件及其控制信号

以下是六个主要组件及其与数据总线、地址总线的连接方