【正文】 。 ORA 傳送指令組 接下來將要討論5個跳躍指令。，CPSE指令需要2個操作數(shù)。與SBI和CBI指令一樣，SBIC和SBIS指令需要2個指令周期來執(zhí)行，在第一個指令周期里I/O寄存器中的內(nèi)容被讀入ORA，在第二個指令周期中執(zhí)行跳轉(zhuǎn)測試。 。ALU模塊被分為4個功能單元——取操作數(shù)單元，執(zhí)行單元，跳轉(zhuǎn)測試單元和狀態(tài)標(biāo)志位計算單元。取操作數(shù)單元被用來執(zhí)行將操作數(shù)讀取至ORA和ORB中的操作；執(zhí)行單元將ORA和ORB中的操作數(shù)進行加工；狀態(tài)標(biāo)志位計算單元計算出標(biāo)志位并送入狀態(tài)寄存器；跳轉(zhuǎn)測試單元用來進行跳轉(zhuǎn)測試。在以上這些功能單元的中，我們假設(shè)控制單元能夠在正確的時間送入正確的控制信號，從而使這些單元可以正確的運行。下面將用4個部分對這4個功能單元進行詳細的討論。 ALU的結(jié)構(gòu)取操作數(shù)單元 。取操作數(shù)單元包含了2個操作數(shù)寄存器——操作數(shù)寄存器A（ORA）和操作數(shù)寄存器B（ORB）。 取操作數(shù)單元 ORA能夠讀入Rd寄存器的數(shù)值或者是“0000 0000”，ORB能夠讀入Rr寄存器的數(shù)值，Rd寄存器的數(shù)值，立即數(shù)，或是“0000 0001”。ORA和ORB通過ASEL信號和BSEL信號選取。C2A信號和C2B信號的主要的作用是參與數(shù)據(jù)定向傳送，數(shù)據(jù)定向傳送技術(shù)用于解決流水指令沖突（第四章曾進行過討論），當(dāng)執(zhí)行指令的目的寄存器與源寄存器是同一個寄存器時，信號C2A與C2B被用于將ALU中的結(jié)果直接寫入操作數(shù)寄存器。 CBI,SBI,SBIC和SBIS等指令，可以將一個I/O寄存器的內(nèi)容讀入到ORA中。C2A也可以將數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容（I/O寄存器中的數(shù)值）讀入到ORA中執(zhí)行指令單元 執(zhí)行指令單元能夠執(zhí)行7類指令，其中的5類已經(jīng)在前面的基本指令介紹中進行了討論（ADD,SUBCP,LOGIC,RIGHT和DIR），另外兩類指令分別為按位讀入指令和ORA傳送指令。，執(zhí)行指令單元被按照功能被分成了5個部分。加法器－減法器（Adder－Subtracter）單元可以執(zhí)行ADDl類指令和SUBC類指令。邏輯單元（Logic Unit）可以執(zhí)行邏輯類指令。右移類指令在轉(zhuǎn)移單元（Shifter Unite）中執(zhí)行。直接單元（Direct Unit）被用于執(zhí)行DIR組中的指令；按位讀取單元（Bit Loader）被用于執(zhí)行按位讀取組中的指令。 當(dāng)加法器－減法器單元中的ADD信號被標(biāo)記為可用時，加法器－減法器單元對ORA與ORB進行加法操作。反之當(dāng)ADD未被標(biāo)記時，則進行ORA減去ORB操作。ADD信號與WCARRY信號決定了加法器－減法器中的進位。 －減法器的進位 邏輯單元通過LOGICSEL信號對其操作進行控制。當(dāng)LOGICSEL信號被設(shè)置為00時，邏輯單元對ORA和ORB進行邏輯與操作。當(dāng)LOGICSEL為01時，邏輯單元對ORA,ORB進行邏輯或操作，當(dāng)LOGICSEL為10時對ORA和ORB進行或非操作。當(dāng)LOGICSEL為11時，對ORA進行取反操作。 轉(zhuǎn)移單元執(zhí)行右移操作。右移后的最高位的數(shù)值取決于RIGHTSEL信號。當(dāng)RIGHTSEL=0時輸出結(jié)果的最高位為0（LSR指令），當(dāng)RIGHTSEL=1時結(jié)果最高位為c_flag（ROR指令），當(dāng)RIGHT=2時結(jié)果最高位為操作數(shù)的最高位ORA(7)。直接操作單元使用DIRSEL信號來對數(shù)據(jù)直接寫入進行控制。當(dāng)DIRSEL=0時，直接控制單元將ORB與結(jié)果相連接（LDI,MOV指令）。當(dāng)DIRSEL=1時，結(jié)果的低4位存入ORA中高四位的數(shù)值，結(jié)果的高四位是ORA低四位的數(shù)值（SWAP）。 按位讀取單元需要用到3個控制信號,分別是BLD,CBISBI和BITSEL。BLD信號被用于存儲ORA中由BITSEL中的Tflag所指出的相應(yīng)位。CBISBI信號被用于存儲ORA中右BITSEL所指出的，相應(yīng)位，和SET的數(shù)值。 以上5個單元的輸出加上ORA寄存器中的數(shù)值組成了數(shù)據(jù)總線。在同一時刻不可能同時有兩個控制信號被標(biāo)記為使能，這是因為每個控制信號描述了完全不同的指令，并且CPU在一次只能執(zhí)行一個指令。如果列表中的控制信號都未被標(biāo)記為可用，此時從數(shù)據(jù)總線中不相外送出數(shù)據(jù)，僅僅是表現(xiàn)為高阻態(tài)。 跳轉(zhuǎn)測試單元 跳轉(zhuǎn)指令被跳轉(zhuǎn)測試單元執(zhí)行，用于測試跳轉(zhuǎn)所需的條件。當(dāng)跳轉(zhuǎn)條件滿足時，SKIP信號就被標(biāo)記為可用，接著控制單元就會跳轉(zhuǎn)至所需的下一條。 跳轉(zhuǎn)測試單元用4個控制信號來控制，這4個控制信號分別時CPSE，SKIPTEST，BITSEL和SET。當(dāng)CPSE信號被標(biāo)記為可用時，ORA與ORB進行比較,當(dāng)它們的內(nèi)容相同時SKIP信號被標(biāo)記為可用。SKIPTEST信號用于測試BITSEL信號所定義的ORA中的相應(yīng)位。如果該位與SET有相同的數(shù)值，SKIP信號被標(biāo)記位可用。 標(biāo)志位測試單元 控制單元對狀態(tài)寄存器相應(yīng)的位進行測試，用以確認(rèn)是否需要進行無條件跳轉(zhuǎn)操作。一個7位字長的標(biāo)志位總線被用以連接ALU與狀態(tài)寄存器，使ALU能夠直接向狀態(tài)寄存器輸送相應(yīng)標(biāo)志位的值。標(biāo)志位總線只有7位而不是8位是因為第I位標(biāo)志不會受指令的影響。 執(zhí)行每條指令時，ALU都會計算出7個標(biāo)志位的值并通過標(biāo)志位總線傳送進狀態(tài)寄存器中去。在狀態(tài)寄存器中，每一個標(biāo)志位都有其單獨的使能信號，從而傳送進入狀態(tài)寄存器中的標(biāo)志位數(shù)值都能寫入相應(yīng)的位里。也就是說，狀態(tài)寄存器中只有使能信號被標(biāo)記為可用的那一位才能讀入從ALU傳來的數(shù)值。這些使能信號是由控制單元產(chǎn)生的，ALU只需要負責(zé)將正確的標(biāo)記位數(shù)值送入標(biāo)志位總線，至于狀態(tài)寄存器中的相應(yīng)位是否會改寫，這將由控制單元來決定。當(dāng)指令不對標(biāo)記位產(chǎn)生影響時，ALU向標(biāo)記位寄存器發(fā)送一組隨即數(shù)，但是因為沒有控制單元的使能信號，這組隨即數(shù)將不被狀態(tài)寄存器寫入。 當(dāng)一個操作的結(jié)果位0時，Z－標(biāo)志位被置為1。此時，測試單元能夠直接依據(jù)Z－標(biāo)志位的數(shù)值來檢測結(jié)果。只有ADD，SUBCP,LOGIC和RIGHT指令組中的指令可以對Z－標(biāo)志位產(chǎn)生影響。 N－標(biāo)志位（負數(shù)）于MSB第7位的值保持一至，對N標(biāo)志位的測試可以通過加法器－減法器單元，邏輯單元，和轉(zhuǎn)移指令中的運算結(jié)果檢測出第N－標(biāo)志位的值。 V－標(biāo)志位由加法器－減法器單元執(zhí)行ADD類，SUBCP類指令時直接產(chǎn)生。當(dāng)執(zhí)行邏輯類指令時該位被清0。在右移指令中，數(shù)據(jù)表中的布爾方程是N－標(biāo)志位 197。 C－標(biāo)志位，N－標(biāo)志位等同于結(jié)果中的MSB，C－標(biāo)志位等同于ORA的LSB。 S（符號）－標(biāo)志位的值是N標(biāo)志位的值于V標(biāo)志位的值或非的結(jié)果。 C－標(biāo)志位是進位標(biāo)志，當(dāng)執(zhí)行ADD類指令時，當(dāng)加法器－減法器單元運算有進位時，C－標(biāo)志位就被設(shè)置。右移類指令向右移動ORA一位，和ORA的LSB都需要設(shè)置C標(biāo)志位。COM指令（邏輯類指令）一直需要設(shè)置C－標(biāo)志位。在SUBCP類指令中，C－標(biāo)志位被借入，平且等于加法器－加法器的進位的補碼。 H－標(biāo)志位受到ADD和SUBCP類指令的影響。 T－標(biāo)志位與BITSEL在ORA中指出的位的值相等。當(dāng)執(zhí)行BST指令時，控制單元將狀態(tài)寄存器中的T位設(shè)置為可讀入，從而使得指令得以執(zhí)行。 （SR） ，各標(biāo)志位功能如下： Bit 7 － I：全局中斷使能，置位時使能全局中斷。單獨的中斷使能由單個的控制單元控制。如果I清零，則不論單獨中斷標(biāo)志置位與否，都不會產(chǎn)生中斷。I在復(fù)位時清零，RETI指令執(zhí)行后置位。 Bit 6 － T ：位拷貝存儲，位拷貝指令BLD和BST利用T作為目的或源寄存器。BST把寄存器的某一位拷貝到T，而BLD把T拷貝到寄存器的某一位。 Bit 5 － H ：半加標(biāo)志位。 Bit 4 － S ：符號位，其值總是N與V的異或。 Bit 3 － V ：二進制補碼溢出標(biāo)志位。 Bit 2 － N ：負數(shù)標(biāo)志位。 Bit 1 － Z ：0標(biāo)志位。 Bit 0 － C ：進位標(biāo)志位。 在ALU章節(jié)中，討論了除I標(biāo)志位以外的其它所有標(biāo)志位。I標(biāo)志位只有在中斷時才被設(shè)置，只有I標(biāo)志位被設(shè)置后，中斷請求才能被相應(yīng)。 狀態(tài)寄存器只有在以下幾中情況下才會被修改。通用目的寄存器中的內(nèi)容可以修改狀態(tài)寄存器。這一過程通過寫入I/O地址$3F來完成。同樣狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容也可以傳送到通用目的寄存器中，這可通過對I/O地址$35進行讀操作來完成。 狀態(tài)寄存器通過標(biāo)志位總線從ALU接收7位字長的標(biāo)志位。狀態(tài)位的傳送遵循按位傳送原則，即C標(biāo)志位總線與C標(biāo)志位相聯(lián)，Z標(biāo)志位總線與Z標(biāo)志位相連，以此類推。I標(biāo)志位沒有標(biāo)志位總線與其相連?？刂茊卧獙⑺袠?biāo)志位的使能信號送入到狀態(tài)寄存器中，只有狀態(tài)標(biāo)志位的使能信號被標(biāo)記為可用時，標(biāo)志位總線中的數(shù)據(jù)才能寫入相應(yīng)的標(biāo)志位。 當(dāng)一個中斷請求被響應(yīng)時，控制單元需要在執(zhí)行中斷服務(wù)程序之前對I－標(biāo)志位清零，所以當(dāng)前中斷服務(wù)程序執(zhí)行完之前，其他的中斷請求將不會被響應(yīng)。只有當(dāng)前中斷程序執(zhí)行完成后（也就是在執(zhí)行中遇到RETI指令時），I－標(biāo)志位將會被重置，此時其他的中斷請求才可以被響應(yīng)了?？刂茊卧脙蓚€控制信號來對I－標(biāo)志位進行重置和清零。 狀態(tài)寄存器中的每一位都可以被BCLR和BSET指令直接清零或重置。狀態(tài)寄存器通過BCLR,BSET和SRSEL信號進行控制。當(dāng)BCLR信號被設(shè)置成可用時，由SRSEL信號定位的標(biāo)志位將會被清零。當(dāng)BSET信號可用時，由SRSEL信號定位的標(biāo)志位將會被重置。 這次設(shè)計的原型——AT90S2313中包括了128Byte的SRAM存儲器。如圖所示，32個通用目的寄存器和64個I/O寄存器也同樣被映射在數(shù)據(jù)空間中。對數(shù)據(jù)空間的訪問可以用LD和ST指令，通過Z指進行間接尋址。 在設(shè)計中，通用目的寄存器和I/O寄存器沒有被映射到數(shù)據(jù)空間。數(shù)據(jù)空間全部是由SRAM組成，存儲器的大小是從地址$60到地址$DF，只有Z指針可以對以上地址訪問。 。數(shù)據(jù)存儲器包含了2個寄存器，地址寄存器（MAR）和緩沖寄存器（MBR）。MAR用于保存輸入存儲器的地址，它通過地址總線接收通用寄存器發(fā)送的數(shù)據(jù)。MBR與RAM的數(shù)據(jù)輸入端口相連，它被用于緩存寫入RAM中的數(shù)據(jù)。MBR通過數(shù)據(jù)總線接收數(shù)據(jù)。寫操作是將MBR中的數(shù)據(jù)寫入到MAR保存的地址中去。讀操作是將MAR中地址的內(nèi)容發(fā)送到數(shù)據(jù)總線中去。 數(shù)據(jù)存儲器模塊。RD_RAM信號是內(nèi)存數(shù)據(jù)讀入到數(shù)據(jù)總線的使能信號。WR_RAM是MBR中的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存的使能信號。LD_MAR是地址總線內(nèi)容讀入MAR的使能信號。LD_MBR是數(shù)據(jù)總線內(nèi)容讀入到MBR的使能信號。