计算机组成原理：10.1 组合逻辑设计-控制单元

"该资源是计算机组成原理（第二版）的第十章，主要讲解了控制单元的设计，特别是组合逻辑设计的步骤。内容来自于经典官方PPT，由唐朔飞编著，高等教育出版社出版。" 在计算机组成原理中，组合逻辑设计是构建控制单元的重要部分，用于实现指令的执行流程。这一章节主要分为以下几个知识点： 1. **组合逻辑控制单元框图**：控制单元（CU）由操作码译码器、节拍发生器等组成，它接收来自指令寄存器（IR）的操作码，并根据操作码产生一系列控制信号。这些控制信号驱动CPU内部各个部件如程序计数器（PC）、累加器（AC）、存储器数据寄存器（MDR）等进行相应的操作。 2. **节拍信号**：计算机运行基于时钟周期，节拍信号是时钟周期的细分，一个机器周期通常包含多个节拍（如T0、T1、T2）。这些节拍对应着指令执行的不同阶段。 3. **微操作的节拍安排**：采用同步控制方式，确保所有操作按预设顺序进行。设计时遵循三个原则：一是微操作顺序不可随意更改；二是尽量将对同一对象的操作放在同一个节拍内；三是优先处理耗时短的操作。 4. **取指周期微操作**：取指令过程包括PC到MAR的传输、读存储器（M(MAR)MDR）、MDR到IR的传输，以及PC的更新（(PC)+1PC），这些操作在不同节拍内有序进行。 5. **间址周期微操作**：如果指令包含间接寻址，这个阶段会读取内存中的地址，将MDR的内容送入地址寄存器（Ad(IR)MAR），然后执行地址计算。 6. **执行周期微操作**：执行周期包括多种微操作，如清除累加器（CLA）、比较（COM）、右移（SHR）等。每个微操作在各自的节拍内完成，如CLA和COM可能在T0，SHR在T1，而其他如加法（ADD）和存储（STAX）则可能跨越多个节拍。 7. **控制信号**：每个节拍会产生特定的控制信号，如C0、C1至Cn，这些信号指示CPU执行特定的动作，如读写控制、算术逻辑运算、跳转判断等。 通过以上步骤，控制单元能够根据操作码和状态条件生成精确的控制信号流，协调整个计算机系统中各部件的工作，确保指令序列的正确执行。在实际设计中，这种组合逻辑设计方法能够实现简单的控制逻辑，但对于复杂的指令集，通常会采用微程序设计来增加灵活性。