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第四章 处理器

处理器的数据通路和控制的设计,可以从指令集系统和对基本技术特征的理解开始。我们介绍了在体系结构和决定用单周期实现的基础上,如何构造 MIPS 处理器的数据通路。当然,一些基础性的技术,如数据通路中哪些部件可用,以及单周期实现是否有意义等,也影响了许多设计的决策。同理,通过使用将时钟周期分为多个步骤的思想,经过修改我们得到了多周期数据通路。在两种情况下,顶层结构——一个单周期还是多周期机器——与指令集一起,决定了数据通路设计中的许多特征。

同样地,控制主要由指令集系统、组织方式和数据通路的设计来共同决定。在单周期组织结构中,这三者主要定义了控制信号的设置方法。在多周期设计中,根据指令集系统进行指令的执行在各时钟周期中的分解方式,以及数据通路的设计,共同定义了对控制设计的要求。

控制是计算机设计中最富挑战性的一个方面。一个主要原因是控制的设计要求理解处理器所有部件的操作:为帮助设计,讨论了两种描述控制的方式:有限状态图和微程序。这些描述可以从实现细节抽象出控制的特征:这样的抽象是对付计算机设计的复杂性的主要方法。


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