计算机组成原理：串行与并行微程序控制

"该资源是计算机组成原理（第二版）的第十章——控制单元的设计，主要探讨了串行微程序控制和并行微程序控制两种技术，并结合唐朔飞教授的教材进行了详细讲解。" 在计算机系统中，控制单元（Control Unit, CU）是处理器的重要组成部分，负责协调和管理所有部件的操作。本章节详细阐述了控制单元的设计方法，特别是通过组合逻辑设计和微程序设计来实现控制单元的功能。 1. 组合逻辑设计：组合逻辑控制单元通常由逻辑门电路构成，不具有存储功能。它根据当前指令的操作码和其他状态信息直接生成控制信号。章节介绍了CU的外部特性，如IR（指令寄存器）、节拍发生器和时钟信号，以及节拍信号的安排，例如在同步控制方式下，一个机器周期通常由多个时钟周期组成，每个时钟周期对应一个节拍。 2. 微程序设计：微程序设计将控制逻辑编码成一系列微指令，这些微指令存储在控制存储器中。微程序设计分为串行微程序控制和并行微程序控制两种。 - 串行微程序控制：在此方法中，执行微指令是顺序进行的。一条微指令的执行结束后，再取出下一条微指令进行执行。描述中提到了取第i条微指令和执行第i条微指令的顺序流程，这种控制方式简单，但速度相对较慢。 - 并行微程序控制：与串行方式相比，这种控制方式可以在同一时刻执行多条微指令，提高了控制单元的效率。描述中提到了取第i+1条微指令和执行第i+1条微指令的同时进行，这使得控制过程可以更加并行化，从而加快了指令的执行速度。 3. 微操作的节拍安排：遵循一定的原则，如微操作的顺序不可随意更改，不同微操作尽量在同一节拍内完成，以及尽量让短时操作在一个节拍内结束。书中通过取指周期、间址周期、执行周期等具体例子，展示了微操作如何按照这些原则进行安排，以确保指令执行的正确性和效率。 4. 示例中的微操作：书中详细列出了执行周期中的微操作，如CLA（清累加器）、COM（求补）、SHR（右移）、CSL（清除进位标志）、STP（停止）、ADDX（带进位加法）、STAX（存储累加器到内存）、LDAX（加载累加器从内存）、JMPX（有条件跳转）、BANX（按位AND并存储）。每个操作都有其对应的时序安排，以确保整个计算过程的流畅进行。 该章节深入解析了控制单元设计的核心概念和技术，对于理解计算机系统中指令执行的底层机制至关重要。无论是串行还是并行微程序控制，都是为了优化计算机性能，提高指令执行的效率。