CPU基本概念
CPU即是中央处理器单元的英文简称，它是计算机的核心部件，计算机进行信息处理可分为以下两个步骤：(1). 将数据和程序输入到计算机的存储器中；
(2). 从第一条指令的地址起开始执行该程序，得到所需结果，结束运行。CPU的作用是协调并控制计算机的各个部件并执行程序的指令序列，使其有条不紊地进行，因此必须必须具有以下基本功能：
1. 取指令-当程序已经在存储器中，首先根据程序入口地址取出一条程序，为此要发指令地址以及控制信号；
2. 分析指令—即指令译码，这是对当前取得的指令进行分析，指出它要求进行什么动作，并产生相应的操作以及及控制指令；
3. 执行指令—根据分析指令产生的操作指令形成相应的控制信号序列，通过运算器，存储器以及输入输出设备的执行，实现每条指令的功能，其中包括对运算结果的处理以及下条指令地址的形成。
- CLK_GEN:时钟发生器-产生一系列时钟信号，为接下来的其它部件产生时钟；
- INS:指令寄存器——用于存放寄存指令，每一个clk的边沿触发，都可以将总线的数据存到INS中；
- ACCUMLATOR:累加器——用于存放当前结果，当LOAD_ACC处于高电平，时钟边沿触发可保存数据总线的数据；
- ALU:算术运算器——对于不同的指令进行运算，如加，异或，跳转，存储等等；
- MACHINE:状态控制器——用于产生一系列控制信号，确保CPU的各个部件有条不紊地进行工作，避免冲突；
- DATACTL：数据控制器——控制累加器的数据输出，主要针对STO（存储命令）的指令运算；
- ADDR:地址多路器——CPU有两个地址，一个是PC(程序计数）,另一个是指令地址，该器件用于选择哪一路地址；
- COUNTER:程序计数器——用于提供指令地址，以便读取指令，形成地址的方式一：顺序执行；方式二：指令跳转，如JMP指令；
CPU具体工作过程
上图中带三角符号的输入端口表示边沿触发，其中Counter的INC_PC是下降沿触发，其余都是上升沿触发；当rst信号通过，地址addr变为0，当一个上升沿clk出现，数据总线DATA传输一个指令给INS,因为本次设计的CPU是每次只能存8位data,而每条指令为两个字节，即16位，因此需要存两次，才能完整存储一条指令。每次存完一条指令，PC_ADDR就要自动计数加一，因此MACHINE的INC_PC需要在相应clk下产生边沿触发。当你存储好一个指令的高八位时，下一个时钟你就可以判断指令高八位的前三位，即opcode[2:0]，此次设计含有八个指令集，因此需要针对不同指令集进行讨论，在这里，以指令SKZ（如果累加器中的结果为零，就跳过下一条语句，否则继续执行)为例进行分析，判断得出opcode是SKZ的指令而且zero（zero=!accum)为1,为了跳过下一条语句，就要使INC_PC产生边沿上升，如此才可以使PC_ADDR加1，在下一个时刻，就要使INC_PC置零，以便为接下来的INC_PC产生边沿上升做准备，这里一定要注意，每条指令，PC_ADDR需要加1，因此一个周期里，需要判断SKZ两次，在一个周期里的哪个时钟进行判断就要看个人的理解了。其实CPU的工作过程，就是你要合理分配每个部件何时工作，才不会对其他部件造成干扰，而且不会影响工作的持续进行，如果产生干扰，可以想办法插入空操作，或者调整指令的判断周期的位置。