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 内部单总线

• 将所有寄存器的输入端和输出端都连接到一条公共通路上，其优点是结构简单易于实现，缺点就是数据传输时存在较多的冲突现象。

2、CPU 内部三总线

• 将所有寄存器的输入端和输出端都连接到多条公共通路上，像这种 CPU 内部不止一条总线的称为多总线结构，相比单总线结构，其好处就是可以同时传送不同的数据，从而提高效率。

3、专用数据通路

• 根据指令执行过程中的数据和地址的流动方向安排连接线路，避免使用共享的总线，性能较高，缺点是硬件量大。
  
• 部件名后面所带的“in”和“out”分别代表对应的部件运行输入控制信号和允许输出控制信号。
• 注意：内部总线是指同一部件，如 CPU 内部连接各寄存器及运算部件之间的总线；而系统总线是指一台计算机系统的各部件，如 CPU、内存、通道和各类 I/O 接口间相互连接的总线。

三、基本流程

• 指的是数据通路上不同部件之间的数据传送操作的流程及控制信号，主要有寄存器之间的数据传送、主存和 CPU 之间的数据传送，以及执行算术或逻辑运算是的数据传送。

1、寄存器之间的数据传送

• 寄存器之间的数据传送，一般可直接通过 CPU 内部总线完成，以 PC 内容送 MAR 为例，具体的传送操作和控制信号如下：

	PC→Bus, Pcout 有效，PC 内容送总线
	Bus→MAR   MARin 有效，总线内容送 MAR

2、主存和 CPU 之间的数据传送

• 主存与 CPU 之间完成数据传送，需要借助 CPU 内部总线，以 CPU 读取指令为例，传送操作流程和信号如下：

	PC→Bus→MAR    Pcout 和 MARin 有效，现行指令地址→MAR
	1→R    CU 发出读指令
	MEM(MAR)→MDR    MDRin 有效
	MDR→Bus→IR    MDRout 和 Irin 有效，现行指令→IR

3、执行算术或逻辑运算

• 执行算术或逻辑操作时，由于 ALU 本身没有存储功能的电路，因此如要执行加法运算，相加的两个操作数必须在 ALU 的两个输入端同时有效。

	Ad(IR)→Bus→MAR，   MDRout 和 MARin 有效
	1→R   CU 发出读命令
	MEM→数据线→MDR    操作数从存储器→数据线→MDR
	MDR→Bus→Y     MDRout 和 Yin 有效，操作数→Y
	(ACC)+(Y)→Z    ACCout 和 ALUin 有效，CU 向 ALU 发出加命令，结果→Z
	Z→ACC         Zout 和 ACCin 有效，结果→ACC

• 数据通路结构直接影响 CPU 内各种信息的传送路径，数据通路不同，指令执行过程的微操作序列的安排也不同，关系着微操作信号形成部件的设计。

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