计算机五大组成部分的作用

控制单元的功能与操作过程详解

计算机执行指令的过程可以分为四个周期：取指周期、间址周期、执行周期和中断周期。

一、取指周期

1. 指令地址计算：CPU根据程序计数器PC中的值计算下一条指令的地址。

2. 访问内存：CPU向主存发送请求，读取下一条指令所在的内存单元。

3. 指令译码：CPU对从内存中读取的指令进行译码，确定指令的操作类型、操作数等信息。

4. 指令存储：将读取的指令存储到指令寄存器IR中，供接下来的执行阶段使用。

二、间址周期

在间接寻址中，指令不直接提供操作数的地址，而是提供一个指向操作数地址的指针。

三、执行周期

1. 非访存指令：包括清除累加器指令、累加器取反指令、算术右移一位指令、循环左移一位指令和停机指令等。

2. 访存指令：例如加法指令，将指令的地址码部分送至存储器地址寄存器，向主存发读命令，启动主存作读操作，将MAR所指的主存单元中的内容经数据总线读至MDR内，给ALU发送加命令，将ACC的内容和MDR的内容相加，结果存于ACC。

3. 存数指令和取数指令：存数指令是将数据存入主存，取数指令是从主存中读取数据。

4. 转移类指令：包括无条件转移指令和条件转移指令。

四、中断周期

1. 保存断点：将程序断点存入“0”地址。

2. 将PC的内容（程序断点）送至MDR。

3. 将MDR的内容（程序断点）通过数据总线写入到MAR所指示的主存单元中（ “0”地址单元）。

4. 将向量地址形成部件的输出送至PC，为下一条指令的取指周期作准备。

5. 关中断，将允许中断触发器清零。

控制单元是计算机的大脑，其主要功能是根据预先设定的程序和控制算法，从内存读取指令，解析并执行这些指令。控制单元的外特性主要包括输入信号、控制信号和输出信号。输入信号包括时钟信号、指令寄存器中的操作码、标志以及外来信号（如中断请求）。控制单元根据这些输入信号产生各种控制信号，控制CPU内的各种操作。输出信号主要包括CPU内的各种控制信号和送至控制总线的信号。控制单元采用同步控制方式，按照预先设定的时序系统（包括机器周期和时钟周期）来执行各种微操作。为了解决微操作执行时间不统一的问题，通常采用控制和局部控制相结合的方式。为了提高机器的灵活性，有时也会采用异步控制方式或联合控制方式。对于大型计算机或需要人工干预的场合，还可能采用人工控制方式。控制单元的功能是实现计算机程序的控制流，确保计算机按照预设的程序和算法正确执行各种操作。