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盡管各種CPU的性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)不同，但所要完成的基本功能相同，從整體上可分為八個(gè)基本的部件：時(shí)鐘發(fā)生器、指令寄存器、累加器、RISCCPU算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、數(shù)據(jù)控制器、狀態(tài)控制器、程序控制器、程序計(jì)數(shù)器、地址多路器。狀態(tài)控制器負(fù)責(zé)控制每一個(gè)部件之間的相互操作關(guān)系，具體的結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系如圖1所示。

時(shí)鐘發(fā)生器利用外部時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過(guò)分頻生成一系列時(shí)鐘信號(hào)給CPU中的各個(gè)部件使用。為了保證分頻后信號(hào)的跳變性能，在設(shè)計(jì)中采用了同步狀態(tài)機(jī)的方法。

指令寄存器在觸發(fā)時(shí)鐘clk1的正跳變觸發(fā)下，將數(shù)據(jù)總線送來(lái)的指令存入寄存器中。數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用傳遞數(shù)據(jù)和指令，由狀態(tài)控制器的load_ir信號(hào)負(fù)責(zé)判別。load_ir信號(hào)通過(guò)使能信號(hào)ena口線輸入到指令寄存器。復(fù)位后，指令寄存器被清為零。每條指令為兩個(gè)字節(jié)16位，高3位是操作碼，低13位是地址線。CPU的地址總線為是13位，位尋址空間為8K字節(jié)。本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)總線是8位，每條指令取兩次，每次由變量state控制。

累加器用于存放當(dāng)前的運(yùn)算結(jié)果，是雙目運(yùn)算中的一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源。復(fù)位后，累加器的值為零。當(dāng)累加器通過(guò)使能信號(hào)ena口線收到來(lái)自CPU狀態(tài)控制器load_acc信號(hào)后，在clk1時(shí)鐘正跳沿時(shí)就接收來(lái)自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)。

算術(shù)邏輯運(yùn)算單元根據(jù)輸入的不同的操作碼分別實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的加、與、異或、跳轉(zhuǎn)等基本運(yùn)算。

數(shù)據(jù)控制器其作用是控制累加器的數(shù)據(jù)輸出，由于數(shù)據(jù)總線是各種操作傳送數(shù)據(jù)的公共通道，分時(shí)復(fù)用，有時(shí)傳輸指令，有時(shí)要傳送數(shù)據(jù)。其余時(shí)候，數(shù)據(jù)總線應(yīng)呈高阻態(tài)，以允許其他部件使用。所以，任何部件向總線上輸出數(shù)據(jù)時(shí)，都需要一個(gè)控制信號(hào)的，而此控制信號(hào)的啟、停則由CPU狀態(tài)控制器輸出的各信號(hào)控制決定。控制信號(hào)datactl_ena決定何時(shí)輸出累加器中的數(shù)據(jù)。

地址多路器用于輸出的地址是PC（程序計(jì)數(shù)器）地址還是數(shù)據(jù)/端口地址。每個(gè)指令周期的前4個(gè)時(shí)鐘周期用于從ROM中讀取指令，輸出的應(yīng)是PC地址，后4個(gè)時(shí)鐘周期用于對(duì)RAM或端口的讀寫，該地址由指令給出，地址的選擇輸出信號(hào)由時(shí)鐘信號(hào)的8分頻信號(hào)fecth提供。

程序計(jì)數(shù)器用于提供指令地址，以便讀取指令，指令按地址順序存放在存儲(chǔ)器中，有兩種途徑可形成指令地址，一是順序執(zhí)行程序的情況，二是執(zhí)行JMP指令后，獲得新的指令地址。