資料路徑／控制的分工

退一步看整個處理器，你會看到它乾淨地一分為二。一半——資料路徑——是保存與轉換資料的元件集合（暫存器、ALU、記憶體、多工器，以及它們之間的導線）。另一半——控制——是替每道指令、藉由設定控制訊號決定資料路徑該執行哪些運算的邏輯。把「做工的東西」與「決定要做什麼工的東西」這樣劃分，就是資料路徑／控制的分工，也是整個計算機設計裡最可重複利用的想法之一。

這個分工之所以強大，是因為兩半幾乎可以各自獨立地設計、推理與更動。資料路徑大致是固定的管線：鋪好導線、一個有能力的 ALU、快速的暫存器存取。控制則是一張表，逐指令說明要扳哪些開關。想加一道新指令，而它的資料搬移已存在於資料路徑中？往往你只要在控制表加一列——不必重接線。想要更快的資料路徑？你可以重組管線，同時保留同樣的控制意圖。這正是單週期、多週期、管線化各種組織以不同方式重新安排、卻保留同一個 ISA 的那道接縫。

而這道接縫，正是下一個大章節的起點。管線化保留資料路徑／控制的分工，但把資料路徑拉長成各階段、階段之間放暫存器，並複製控制讓每個階段帶著自己的訊號。誠實地說：這套教科書式的分工是一個教學模型。真實處理器把它弄模糊了——控制可能是分散的、被預測的、或推測式的，資料路徑也寬得多——但每一個真實設計，仍建立在同一個根本想法之上：「資料流向何處」與「是什麼在引導它」是可分離的兩件事。