计组_数据通路

于 2024-07-12 14:13:57 发布
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分类专栏： 计组学习笔记 文章标签： 笔记
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2024.06.20：计算机组成原理数据通路学习笔记

第19节 数据通路

9.1 数据通路的组成

  • 机器指令的执行是在数据通路中完成的
  • 通常将指令执行过程中数据所经过的路径（包括路径上的部件）称为数据通路
  • ALU、通用寄存器、PSW、MMU（地址转换结构）、cache、浮点运算逻辑、异常和中断处理逻辑都属于数据通路的一部分

MMU地址转换机构，之前学过两种地址，逻辑地址或者虚拟地址，物理地址或者存储地址。这两种地址是必须要进行一个转换的。

CPU往往会给出1个逻辑地址，我们需要通过MMU的转换，把它换成1个主存地址，才可以真正地去访存

  • 数据通路由控制部件进行控制，控制部件不属于数据通路
  • 数据在数据通路里面进行流通
  • 控制部件就是控制数据如何在数据通路里面进行流通
  • 指令执行要用到的元件分为操作元件（组合逻辑元件）和存储元件（状态元件）

9.1.1 操作元件

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07-16
⑴熟悉逻辑测试笔的使用方法。 ⑵熟悉TEC-8模型计算机的节拍脉冲T1、T2、T3； ⑶熟悉双端口通用寄存器组的读写操作； ⑷熟悉运算器的数据传送通路； ⑸验证74181的加、减、与、或功能； ⑹按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑运算。
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本文介绍了数据通路在计算机中的作用和基本结构。数据通路是指数据在功能部件之间传送的路径，包括ALU、寄存器、状态寄存器、异常和中断处理逻辑等。数据通路由控制部件控制，根据每条指令的功能生成对应的数据通路的控制信号。文章还介绍了数据通路的分类，包括CPU内部单总线方式、CPU内部多总线方式和专用数据通路方式，并讨论了它们的优缺点。此外，文章给出了寄存器之间数据传送和主存与CPU之间数据传送的示例，以及执行算数或逻辑运算时数据通路的工作原理和示例。数据通路在实现CPU内部的运算器与寄存器之间的数据交换过程中发挥
计组--数据通路
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一、功能 1、什么是数据通路？ 数据在功能部件之间传送的路径称为数据通路，路径上的部件称为数据通路部件，如ALU、通用寄存器等。 2、数据通路的作用 数据通路描述了信息从什么地方开始，中间经过哪个寄存器或多路开关，最后传送到哪个寄存器。 数据通路中专门进行数据运算的部件称为执行部件或功能部件；数据通路由控制部件控制。 数据通路的功能是实现 CPU 内部的运算器与寄存器及寄存器之间的数据交换。 二、基本结构 数据通路的基本结构有 CPU 内部单总线方式、CPU 内部三总线方式和专用数据通路方式。 1、CPU
计算机组成原理——数据通路
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07-07 5888
（截图来自MOOC平台华中科技大学计算机组成原理课程） 数据通路就是执行部件之间传送信息的路径，由控制信号控制，受始终驱动。 以寄存器数据通路为例：将寄存器A中的值送到寄存器B中，那么需要给出一个RegAout的控制信号，输出A中数据，经过一段组合逻辑到达寄存器B，此时要给寄存器B一个RegBin的控制信号，让寄存器B接收数据。 那么在这个过程中，CLK时钟信号起什么作用，始终频率又和什么有关了？ 寄存器由D触发器组成，一个D触发器相当于一个储存单元，能够储存一位数据。 在时钟触发前，新到
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【计组】5.3 数据通路的功能和基本结构
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· 指令周期内，数据流的交互双方有3种情形：寄存器与寄存器、CPU与主存、寄存器与ALU · 本节讨论：这3中数据流通情形各自信息从哪里开始、经过什么部件、最后到达哪里？ 数据通路的3种基本结构 · 单总线方式：同一时刻只允许2个即一对部件进行数据交换 · 多总线方式：同一时刻可以有多对部件进行数据交换 · 专用数据通路方式：只要这2个部件之间存在数据交换过程，就用专用的数据线将这2个部件连接起来 基于单总线方式的数据流动过程讨论 寄存器与寄存器 · 使输出寄存器的Out信号有效 · 使输入寄存器的I
【计算机组成原理】中央处理器（三）—— 数据通路
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数据通路：数据在功能部件之间传送的路径。（信息从哪里开始中间经过哪些部件最后传到哪里）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。设有下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。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；功能:((R0))+(R1)→>(R0)取指周期、间址周期、执行周期。1.分析指令功能和指令周期。2.写出各阶段的指令流程。
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计算机中，将各个功能部件连接起来、可以进行数据传送的路径称为。数据通路的主要功能，就是实现计算机中不同部件间的信息传送和数据交换。在这里我们主要讨论 CPU 内部的数据通路，
建立数据通路
凯凯王的技术生涯
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指令周期是分取得指令、指令译码、执行指令 取得指令：从PC寄存器里取得下一条指令的地址，然后从内存里把指令加载到指令寄存器，PC计数器自增 指令译码：把指令解释为R，I，J指令和具体的寄存器、数据和地址 执行指令：运行具体的指令 建立数据通路是把操作元件和存储元件之间通过数据总线的方式建立一个传输通道 CPU需要的硬件电路 ALU组合电路 存储电路的锁存器和D触发器 PC寄存器的计数器电路 解码和...
组原5_数据通路（CPU 内部单总线方式）
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目录 1. 概述 2. 单总线方式下的分析 3. 例题 1. 概述 在研究数据通路的时候，要搞清楚的一个问题就是：信息从哪里流出来的，中间经过哪些部件，最后传到哪个部件；以及这样的流动是怎么去控制的 = => 依靠的是控制单元所发出来的控制信号，这些控制信号可以建立数据通路。而具体应该有哪些控制信号 ==> 基于 CPU 内部这些连线的方式的。 连线的方式有三种：CPU 内部单总线方式、CPU 内部多总线方式、专用数据通路方式。 前两种可以看成一种：...
(计算机组成原理)数据通路的功能和基本结构
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数据在功能部件之间传送的路径称为数据通路，例如，CPU中含有运算器和一些寄存器，那么运算器和这些寄存器之间的传送路径就是中央处理器内部数据通路。“信息通路”描述了信息从什么地方开始，中间经过哪个寄存器或多路开关，最后传送到哪个寄存器，这些都是要加以控制的。 数据通路的功能： 建立数据通路的功能就是实现CPU内部的运算器和寄存器，以及寄存器之间的数据交换。 数据通路的基本结构： 1.CPU内部总线方式。将所有寄存器的输入端和输出端都连接到一条或多条公共的通路上，这种结构比较简单，但是数...
Android Camera 数据通路
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1.数据通路概况 数据通路并不是单纯软件上的通路，也是硬件上的通路，包括硬件上是怎么流的。 PASS1是raw数据，在编码之前都是YUV数据，sersen出帧后过的第一个模块是TG，TG把sersen 搜集的每一行数据，打包成一帧，把这一帧送到PASS1，PASS1有3路，一路人脸识别（YUV）， 一路拍照，一路预览。 2.预览通路 预览的时候把一帧写入内存，只缓存了一帧内存，这一帧直接送到PASS2，不管是拍照还是 预览都要进过Pass2，Pass2主要是由Raw转化成YUV，转化后
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### 关于流水线数据通路的设计与实现 #### 流水线的基本概念 流水线是一种通过分解复杂任务为多个简单阶段来提高处理器效率的技术。在计算机组成原理实验中，通常会涉及五段式流水线的设计与实现，其主要包括以下几个阶段：取指（IF）、译码（ID）、执行（EX）、访存（MEM）以及写回（WB）。这些阶段共同构成了指令的生命周期[^2]。 #### 数据通路的功能和基本结构 数据通路是指令流经各个处理阶段时所依赖的一系列硬件组件及其连接方式。对于单总线结构的数据通路而言，所有的数据传输都发生在单一总线上；而对于专用数据通路，则允许不同部件之间存在多条独立路径以减少冲突[^3]。 ##### 单总线结构特点 - **优点**: 结构较为简单, 易于控制. - **缺点**: 可能会出现资源竞争问题, 导致某些操作需等待其他完成. ##### 专用数据通路特点 - **优点**: 提高并发能力, 减少延迟时间. - **缺点**: 增加了电路复杂度及功耗需求. #### 控制信号的作用 为了协调各部分之间的动作，在实际应用中还需要定义一系列微命令作为控制信号来指导每一步的具体行为。例如，“RegDst”决定目标寄存器的选择依据源还是立即数字段; “ALUSrc”指定算术逻辑单元(ALU)输入来自寄存器文件还是常数值等等[^1]. 以下是基于上述理论的一个简化版伪代码展示如何构建这样一个系统: ```python class PipelineStage: def __init__(self): self.input = None self.output = None def process(self): pass class IF(PipelineStage): # Instruction Fetch Stage def process(self): instruction_address = get_next_instruction() self.output = fetch_from_memory(instruction_address) class ID(PipelineStage): # Instruction Decode and Register Fetch Stage def process(self): opcode, operands = decode(self.input) values = read_registers(operands) self.output = (opcode, *values) class EX(PipelineStage): # Execute or Effective Address Calculation Stage def process(self): result = execute_operation(*self.input[:-1]) memory_address = calculate_effective_addr(self.input[-1], result) self.output = (result, memory_address) class MEM(PipelineStage): # Memory Access Stage def process(self): store_to_mem(self.input[1], self.input[0]) if is_store_op() \ else load_from_mem(self.input[1]) class WB(PipelineStage): # Write Back Stage def process(self): write_register(get_dest_reg(), self.input) stages = [IF(), ID(), EX(), MEM(), WB()] for stage in stages: stage.process() ``` 此脚本仅作示意用途，并未考虑具体细节如分支预测错误恢复机制等问题。 #### 影响因素分析 当设计一条高效的流水线时还需注意几个常见障碍可能降低整体性能表现： 1. **结构性冒险**(Structural Hazard): 当两个或更多指令尝试在同一时刻访问同一个物理资源时发生。 2. **数据性冒险**(Data Hazard): 如果当前正在被执行的操作需要用到前一周期产生的结果而该值尚未准备好则形成此类风险。 3. **控制性冒险**(Control Hazard): 主要由条件跳转语句引起，因为它们可能会改变正常的程序顺序从而打乱原本规划好的管线安排。 针对以上三种情况分别采取相应的解决策略比如增加转发线路规避简单的读写冲突或是采用推测执行缓解因判断失误带来的额外开销等措施均有助于提升最终效果。 ---
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