通用寄存器组

学号：201207030 姓名：叶利钦 专业：计算121

一、 实验目的

（1） 了解通用寄存器组的用途及对CPU的重要性。

（2） 掌握通用寄存器组的设计方法。

二、 实验原理

通用寄存器组是CPU的重要组成部分。从存储器取来的数据要放在通用寄存器中；从外部设备取来的数据除DMA方式外，要放在通用寄存器中。向存储器输出的数据也是从通用寄存器中取出；向外部设备输出的数据除DMA方式外也是从通用寄存器中取出来的。由于从通用寄存器组中取数据比从存储器或者外部设备取数据快得多，因此参加算术运算和逻辑运算的数据一般是从通用寄存器组中取出，它向算术逻辑单元ALU提供了进行算术运算和逻辑运算所需要的两个操作数，同时又是运算结果的暂存地。通用寄存器组内寄存器的数目与CPU性能有关，CPU性能预告，通用寄存器组内的寄存器数目越多。由于算术逻辑运算需要两个操作数，因此通用寄存器组有两个读端口，负责提供进行算术逻辑单元需要的源操作数和目的操作数。通用寄存器组有1个写端口，负责将运算结果保存到指定的寄存器内。根据通用寄存器组的功能要求，一个只有4个16位寄存器的通用寄存器组的框图如下图所示。

在上图所示的电路中，当reset为低电平时，将4个16位寄存器R0~R3复位为0。当寄存器的write和sel为高电平时，在时钟信号clk的上升沿将D端的输入D[15..0]写入寄存器，然后送到寄存器的输出Q[15..0]。4个寄存器的允许写信号write和外部产生的目的寄存器写信号DRWr直接相连。每个寄存器还有另一个选择信号sel，它决定哪一个寄存器进行写操作。

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4个寄存器的选择信号分别和2-4译码器产生的sel00、sel01、sel10和sel11相连。只有当1个寄存器被选中时，才允许对该寄存器进行写操作。2-4译码器的输入sel[1..0]接DR[1..0]，2-4译码器对2位的输入信号sel[1..0]进行2-4译码，产生4个输出sel00、sel01、sel10和sel11，分别送往4个寄存器R0、R1、R2、R3的选择端4选1多路选择器1从4个寄存器R0、R1、R2、R3的输出Q[15..0]选择1路送到DR_data[1..0]，给算术逻辑单元提供目的操作数；选择信号sel[1..0]接DR[1..0]。4选1多路选择器2从4个寄存器R0、R1、R2、R3的输出Q[15..0]选择一路送到SR_data[1..0]，给算术逻辑单元提供源操作数；选择信号sel[1..0]接SR[1..0]。

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