计算机的计算器CPU控制单元的功能PPT学习教案.pptx

计算机的CPU控制单元是计算机硬件系统的核心组成部分，主要负责协调和控制整个计算机系统的操作。在本PPT学习教案中，我们将深入探讨CPU控制单元的功能及其工作原理。 CPU控制单元（CU）的主要任务是在取指周期（Fetch Cycle）中获取指令。这个过程涉及到程序计数器（PC）的更新，地址总线、数据总线和控制总线的使用。PC提供当前指令的地址，该地址被加载到存储器地址寄存器（MAR），随后数据从内存（M）中读取到数据寄存器（MDR），然后指令被送入指令寄存器（IR），并更新PC为下一条指令的地址。 接着，在间址周期（Addressing Cycle）中，CU处理涉及内存访问的指令。例如，如果指令包含间接寻址，CU会根据IR中的内容计算实际的内存地址，并将该地址再次写入MAR，以便从内存中读取或写入数据。 执行周期（Execution Cycle）是CPU控制单元最活跃的阶段。对于非访存指令，如CLA（清零累加器）、COM（取反）、CSL（循环左移）、SHR（算术右移）和STP（停机指令），CU会产生相应的控制信号来执行这些操作，不涉及内存交互。对于访存指令，如加法、存数和取数指令，CU会控制数据在内存和寄存器之间传输。此外，CU还负责处理转移指令，包括无条件转移、条件转移和间接转移，这些指令会改变程序的执行流程。 中断周期（Interrupt Cycle）时，当有外部中断发生，CU会保存当前程序状态，将程序断点存入特定地址，并将中断向量地址加载到PC，从而跳转到中断处理程序。 控制单元的外特性描述了其与系统总线的交互。它接收时钟信号，以及来自指令寄存器和标志的控制信息，产生各种控制信号，如访存、读写命令、中断响应和总线请求等。控制单元根据时钟信号和操作码生成一系列同步控制信号，如Ri和Rj用于寄存器操作，INTA表示中断应答，HLDA用于总线请求，MREQ、IO/MRD和WR用于内存和I/O设备的读写控制，而ALU控制信号如加减逻辑运算则直接影响算术逻辑单元的操作。 总结来说，CPU控制单元是计算机的大脑，它解析指令，调度操作，控制数据流，并处理异常和中断事件，确保计算机系统按照预定的顺序和规则高效运行。理解控制单元的工作原理对深入学习计算机系统至关重要。