设计简单CPU：数据通路与64字节存储空间

"本资源主要探讨了如何设计数据通路以构建简单的CPU，涉及CPU设计规范、简单CPU的设计与实现，以及微程序控制等概念。其中，CPU设计分为确定用途、设计指令集结构、设计状态图和实现数据通路与控制逻辑等步骤。" 在设计数据通路和构建简单CPU的过程中，首先要做的是将每个部件连接到系统总线上，确保所有组件都能有效地通信。接着，需要决定每个部件应完成的功能，并根据它们对寄存器的影响进行操作的分组。例如，地址寄存器(AR)根据指令更新其内容，程序计数器(PC)负责指令的顺序执行，数据寄存器(DR)用于读取内存中的数据，指令寄存器(IR)存储当前执行的指令，而累加器(AC)执行算术运算。 在CPU的设计规范中，CPU被视为一个复杂的有限状态机。设计过程包括确定CPU的用途，设计指令集，构建状态图，列举每个状态下的微操作，以及设计数据通路和控制逻辑。一个简单的CPU可能包含64字节的存储空间，8位的累加器AC，6位的地址寄存器AR，6位的程序计数器PC，8位的数据寄存器DR，以及2位的指令寄存器IR。指令集通常包含基础的运算和控制指令，如ADD、AND、JMP和INC。 在执行指令时，CPU经历取指令、译码和执行三个周期。取指令周期是从内存中获取指令，译码周期是对指令进行解析，确定其类型，执行周期则执行相应的操作。例如，ADD指令会将累加器AC与内存中指定地址的数据相加。 CPU的设计有两种方法：硬布线逻辑控制和微序列控制器（微程序控制）。硬布线逻辑控制直接用硬件电路实现控制逻辑，而微序列控制器则通过微指令来控制CPU的执行流程。 以8085微处理器为例，其内部结构展示了更复杂CPU的设计，包括更多的寄存器和更丰富的指令集。简单CPU的缺点可能在于功能有限，扩展性差，不能处理复杂任务。 设计CPU涉及多个层面，从宏观的指令集设计到微观的微操作控制，都需要精细规划和实现。通过对数据通路的精心设计，可以实现高效且灵活的计算单元，满足各种计算需求。