陈志勇教授详解：控制单元设计教程-微程序与组合逻辑

本章节内容主要聚焦于计算机组成原理中的控制单元设计，由山东大学计算机科学与技术学院的主讲人陈志勇教授讲解，作者唐朔飞编著，出自高等教育出版社的教材。控制单元是计算机的核心组成部分，它负责协调和控制整个计算机系统的运行。 首先，设计CPU（中央处理器）的步骤包括：1）拟定指令系统，即决定计算机能够执行的基本指令集；2）确定总体结构，规划控制单元与其他部件如寄存器、ALU（算术逻辑单元）和数据通路的连接方式；3）安排时序，确保指令执行的精确顺序；4）设计指令流程和微命令序列，将复杂操作分解为一系列简单操作；5）形成控制逻辑，涉及操作码的解析、控制信号的生成等；6）具体到设计细节，如组合逻辑控制单元，涉及操作码译码、节拍发生器、控制信号的产生，以及不同周期内的微操作安排，如取指、间址和执行周期。 组合逻辑设计部分重点介绍了控制单元的框图，强调了节拍信号在保持同步控制中的关键作用，以及如何根据微操作的性质和硬件资源情况来合理安排节拍，遵循原则如微操作顺序不可随意改变、硬件资源冲突最小化和优先处理时间短的微操作。 例如，取指周期通常涉及到地址寄存器和程序计数器的操作，间址周期涉及地址计算，而执行周期则涉及算术逻辑运算、比较等操作。通过详细的流程图和时间表，展示了这些过程中的控制信号流转和微操作的具体步骤。 理解并掌握控制单元的设计是深入理解计算机体系结构的关键，因为它直接影响到计算机的性能和效率。通过学习这一章节，学生可以了解到控制单元如何将抽象的指令转换为具体的硬件操作，从而对计算机内部的工作原理有更深入的认识。