程序计数器给定了地址就可以把指令从存储器取过来了
指令从存储器取来放入指令寄存器中，指令寄存器与一般的寄存器完全一样。

（画电路的时候忘记分步截图了）

取得了指令还需要对指令进行译码，由于译码后的控制字与数据通路紧密相关，所以必须先确定好数据通路。
【数据通路设计】
数据通路是关于CPU内部多个组件直接数据的流向通道。
数据通路的类型多种多样，有的程序和数据分开，有的不分开，有的所有数据共用一条总线，也就是CPU的内部总线，也有的数据总线分多条。
在这里我们采用一种类似于MIPS的数据通路，其中程序、数据的数据线和地址线全都有专用的线，数据在寄存器与运算器、存储器都存在直接的通路，这样能够使得控制较为方便，效率比较高，但是连线比较多，寻址不够灵活。
一个大致的通路如下图所示（存储器就是RAM）：

（上图的通路中，存储器接受的两路信号分别是数据线和地址线）
仔细观察上图不难发现，这种通路无法在一个周期里面实现寄存器简介寻址并参与运算，因为一个周期要么访问存储器，要么进行运算。
此外上图无法实现立即数寻址，这是无法忍受的，所以必须要在通路中加入立即数通路。

那么问题来了，两个或多个数据汇集到一起怎么办？就像上图红圈的地方。
办法是在每个交叉的地方设置“闸门”，也就是数据选择器，从而选择不同的通路。
对于存储器，只要提供“是否写入"的信号就能间接确定是否走存储器这条通路。
类似于这中闸门的还有许多，就像前面寄存器上面的A、B选择线、寄存器选择线、是否写入寄存器等。
把所有的这些控制通路的信号汇集到一起，组合成一个二进制数，就可以通过一个二进制数来控制通路了，这就是控制字！

这里是主要的控制字（其中标志位和跳转后面会讲）

在上图中，可以对W/CI/RM/WM/SF/JP/JW进行编码，编码成000,001,010,011,100，这样只需要三个信号就能确定六个控制信号了，也就是这样：

加上其他的信号，比如运算选择信号、寄存器选择信号、立即数，就是一个完整的指令格式了！

至于怎么编码，需要用到组合逻辑分析的知识，如果实在觉得麻烦，也可以借助Logisim等工具自动生成
这里是我设计的译码器：

从上图可以看出，选择功能需要3bit，选择运算需要5bit，选择目标寄存器2bit，源寄存器A2bit，源寄存器B2bit，已经有14bit了，即使是16bit的指令，剩下的立即数和跳转方式几乎没有容身之地了，而加大指令长度又会造成浪费，这时可以采用复用技术，某些位在不同的情况下行使不同的功能。例如这里当寄存器与立即数运算时，B寄存器占用的资源复用作立即数，当跳转时，运算选择信号其中的S2、S1、S0复用作跳转方式，所有的寄存器选择信号复用为立即数。

此外还有状态寄存器还没弄，状态寄存器本应放在寄存器里，这里为了方便，放入控制器。
由于状态寄存器只用来做跳转依据，所以只有在JP为1时才能查看状态位确定是否进行跳转，这里需要一个与门和数据选择器，与门用来实现JP的总控制功能，数据选择器用来选择跳转方式。
综合以上的程序计数器、状态寄存器、指令寄存器、指令译码器
一个【完整的控制器】就构建完成了！

有了【寄存器】、【运算器】、【控制器】，设计好了数据通路和指令集，就可以构建【CPU】了！
但是如果一大堆电路全部弄到一起的话，很容易弄乱的，所以需要把几个模块封装一下。
Logisim里封装还是很容易的。
运算器：

寄存器组：

控制器：

综合以上，就可以连接CPU的模块间线路了！
首先连接三个模块的通路（依照体系结构和数据通路）：

然后添加时钟信号（需要注意时钟的顺序）：

好啦，一个完整的【CPU】就构建完成了！

但是有了CPU还是不够的，还要有存储器才行，ROM和RAM的连接方式前面已经讲过，这里就不再赘述。
最终连出的就是这样子：

重启启动时钟，机器就能够根据ROM中的指令(初始地址为0)运行了！

【编译器开发】
虽然我们设计的CPU能够跑起来了，但是要让它运行指定的程序还是很困难的，因为程序都是二进制的机器码，这样编程效率太低了，也容易出错，所以我们需要一个能够直观、高效编程方法，那就是汇编。
编译器的开发需要有编译原理的知识，由于编译原理较为复杂，这里不再阐述。
这里我用Java写了个简单的汇编编译器，能够将汇编源代码转化成机器码。
这是一个求斐波那契数列并存入RAM的程序：

用编译器编译成的机器码（十六进制表示）：

把编译出来的机器码导入ROM中，运行计算机，在RAM中成功得到了斐波那契数列！