5.1.指令的本質(zhì)

雖然把“總線”比喻成“高速公路”，但是兩者之間還是有很大的不同，在現(xiàn)實(shí)的高速公路上，汽車向著同一個(gè)方向前進(jìn)，每個(gè)汽車有不同的目的地，在不同的路口下高速。但是在電路中，電子的傳輸速度是光速，信號(hào)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在所有的路口，也就是說不可能要求“總線”中的信號(hào)去哪個(gè)路口，不去哪個(gè)路口。

所以我們控制信號(hào)的手段是當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)在總線中的時(shí)候，可以通過控制哪些元件從“總線”中讀取信號(hào)或者控制哪些元件往總線中寫入數(shù)據(jù)的方式來達(dá)到控制整個(gè)電路運(yùn)行的目的。

那么具體到電路中，應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)進(jìn)出總線呢？從第四章我們知道，存儲(chǔ)器（寄存器、內(nèi)存）有兩個(gè)讀、寫兩個(gè)控制開關(guān)。讓我們好像找到了的“命門”，只要控制好這些讀、寫開關(guān)，當(dāng)某個(gè)寄存器設(shè)置為讀，數(shù)據(jù)從寄存器傳導(dǎo)到總線，當(dāng)某個(gè)寄存器設(shè)置為寫，實(shí)現(xiàn)把數(shù)據(jù)從總線讀入寄存器，如此就能控制好整個(gè)電路，讓它做我們想做的事情。

為了更加清楚的說明整個(gè)控制過程，我們?cè)倏纯磸膬?nèi)存中讀取數(shù)據(jù)相加的控制過程，具體計(jì)算步驟實(shí)現(xiàn)如下（表 5-1）：

表 5-1 相加電路的實(shí)現(xiàn)步驟

表中的每一行就是一個(gè)指令，指令是計(jì)算機(jī)程序發(fā)給計(jì)算機(jī)處理器的命令。每一個(gè)指令，我們通過完成幾個(gè)寄存器的讀寫設(shè)置，完成一個(gè)具有一定功能的動(dòng)作組合。

5.2.指令寄存器

為了保存當(dāng)前需要運(yùn)行的指令，設(shè)置指令寄存器組，由指令操作碼和地址寄存器兩個(gè)8位寄存器組成。指令操作碼寄存器存放的指令的編號(hào)，通過指令譯碼器選擇執(zhí)行的動(dòng)作；地址寄存器指的是該指令執(zhí)行過程中需要的內(nèi)存地址。

圖 5-1 指令格式

表 5-2 電路支持的指令列表

5.3.指令譯碼器

為了使得控制更加簡(jiǎn)單，可以把每一個(gè)步驟（指令）設(shè)置一個(gè)開關(guān)，一鍵完成一個(gè)步驟。

進(jìn)一步，可以在錯(cuò)誤!未找到引用源?；A(chǔ)上添加譯碼器，實(shí)現(xiàn)指令控制的電路。指令譯碼器的實(shí)現(xiàn)還是通過邏輯真值表來輔助設(shè)計(jì)。

每個(gè)指令的操作碼對(duì)應(yīng)多個(gè)寄存器的設(shè)置操作。比如從內(nèi)存中讀取是指，并且把值放入加法的加數(shù)暫存器TR1中的指令，指令操作碼是 0000，需要將內(nèi)存的R端口和加數(shù)暫存起TR1的W端口設(shè)置為1；執(zhí)行加法的指令，指令操作碼是0001，需要同時(shí)設(shè)置M寄存器的R=1，暫存器TR1的R=1，暫存器TR2的W=1。根據(jù)（表 5-1），重新建立操作碼和寄存器設(shè)置的真值表如下表：

表 5-3 指令操作碼和設(shè)置動(dòng)作的真值表

邏輯表達(dá)式：

邏輯電路：

圖 5-2指令譯碼器電路圖

5.4.內(nèi)存相加電路實(shí)現(xiàn)

圖 5-3 基于內(nèi)存的加法功能電路

圖 5-4 簡(jiǎn)單內(nèi)存示意圖

完成本章的內(nèi)存相加功能，假設(shè)如圖 5-4 a、b、c的內(nèi)存地址，讀取a、b的值，把相加的結(jié)果保存到c，完整指令步驟如下：

5.5.小節(jié)

本章提出一個(gè)如何將內(nèi)存中的兩個(gè)數(shù)字相加的功能的問題，繪制以內(nèi)存和加法器為主體的功能電路，同時(shí)，為了電路圖的布局更加的合理，引入“數(shù)據(jù)總線”、“地址總線”、“控制總線”的概念。

詳細(xì)的闡述指令的本質(zhì)控制電路完成特定功能，解構(gòu)指令譯碼器的內(nèi)部解構(gòu)，并提出增加指令寄存器，最后給出了較為完整的內(nèi)存數(shù)據(jù)相加的邏輯電路。

但是本章對(duì)于指令寄存器的指令的加載和按順序執(zhí)行指令的過程沒有闡述，下一章將重點(diǎn)解決這個(gè)問題。