理解第九章：控制单元功能及其操作命令详解

第九章《控制单元的功能》是计算机组成原理课程中的核心章节，主要探讨了在计算机体系结构中，控制单元（Control Unit, CU）的关键作用和工作原理。控制单元作为CPU的核心组件，负责解析指令、生成并执行操作命令，协调各个部件之间的通信，以实现计算机的指令执行流程。 1. **操作命令分析**： - 指令周期由四个基本阶段构成：取指周期（Fetch），间址周期（Addressing），执行周期（Execution），以及可能的中断周期（Interrupt）。在取指周期，控制单元通过地址寄存器（Address Register, MAR）从内存读取指令，然后解码指令形成操作命令。 - 间址周期处理指令中涉及地址计算的部分，如访存指令会根据操作码和地址字段计算有效地址。 - 执行周期分为两类：非访存指令，如逻辑运算和停止指令，以及访存指令，包括加法、取数和存储指令，涉及数据的读写操作。还有转移指令，根据条件决定跳转到下一个指令地址。 - 转移指令又细分为无条件转移和条件转移，根据转移条件决定是否改变程序流。 2. **控制方式**： - 控制单元采用的控制方式包括中央控制与局部控制相结合的同步控制。这意味着指令的控制过程既涉及全局的指令周期管理，也涉及到各局部操作的即时响应，确保指令执行的有序性和效率。 3. **时序关系**： - 指令周期、机器周期（CPU完成一个完整操作所需的时间）、时钟周期（处理器时钟的周期）与操作命令紧密相关。理解这些时序关系对于理解计算机性能至关重要。 4. **难点**： - 难点在于理解指令周期中各部分如何协同工作，以及如何通过控制信号在不同的时序阶段传递信息。此外，掌握中央控制与局部控制的同步控制机制，以及理解不同类型指令的执行流程和所需的时间周期也是本章的学习重点。 5. **中断处理**： - 中断周期通常用于处理外部事件或异常，包括保存当前程序状态、执行中断服务程序，并可能将控制权转给中断处理程序。这涉及将程序断点和中断向量地址存入特定区域，并可能涉及数据交换和控制标志的更新。 第九章内容深入剖析了控制单元在计算机执行指令时的复杂功能，以及其与系统其他组件之间的交互，对理解计算机硬件架构和操作流程具有重要作用。学习这一章节有助于掌握现代计算机设计的基本原理。