【README】

本文总结自bilibili《计算机组成原理（哈工大刘宏伟）》的视频讲解，非常棒，墙裂推荐；

【1】CU功能（CPU内部不采用总线方式）

控制单元的功能： CU发出各种控制命令或微指令，控制整个计算机系统，包括cpu内部的各个部件，能够协调、稳定、正确、连续的运行；

【1.1】CU输入与输出信号

1）控制单元CU的输入信号

指令寄存器IR的操作码部分，送入CU，以便译码；
时钟信号：CU微操作命令在时钟信号的控制下，在指定的时间点被发出；
一个时钟脉冲，发一个操作命令或一组需要同时执行的操作命令；
各种标志；如上一条指令运行结果的标志，就是本条指令是否发生跳转的依据；
来自系统总线的控制信号：CPu外部的控制信号可以进入控制单元；

2）控制单元CU的输出信号

2.1 ）CPU内部的控制信号

如寄存器间进行数据传输；
如下一条指令地址进行修改； pc+1 –> pc ；
如运算器的算术运算和逻辑运算，相应的控制信号也是由 cu发出的；

2.2）送到控制总线的信号

如存储器读写命令；

【1.2】控制信号举例

在不采用cpu内部总线的方式下的执行过程，其中各寄存器含义：

PC，存储下一条指令的地址；
IR，根据pc的地址，从存储器取出指令放入IR指令寄存器；
CU，把IR中的指令送入CU进行译码；
时钟：时钟信号作为输入，以控制CU控制器发送各种控制信号；控制信号还会控制ALU进行算术或逻辑运算；
AC：即ACC寄存器的简写，ACC是累加器；
ALU：运算器；
MAR：主存地址寄存器；
MDR：主存数据寄存器；

【写在前面】ADD @X 指令介绍

这条指令完成的是一个加法操作；
这个加法是把内存单元X中的数据和AC寄存器中的数据在控制信号的作用下做加法操作，加法操作由ALU来完成，并且加法结果保存到AC寄存器（ACC寄存器或累加器）中；

1）以 ADD @X 命令的取指周期（注意是取指周期）为例：操作发起从pc发起；

步骤1：控制电路C0 把pc的内容送入MAR；
步骤2：MAR 经过控制电路C1把地址送入主存；通知CU向主存发送读控制命令；
步骤3：从主存读取的命令通过控制电路C2送入MDR；
步骤4：再由MDR经过控制电路c3送入IR寄存器；至此取指操作结束；
步骤5：IR指令的操作码部分通过c4控制电路送入CU进行译码，；
步骤6：PC加1，以便于下一次执行指令；

小结：以上5个控制信号c0~c5都是CU产生的；

2）下面看下间址周期，执行周期中的控制信号

指令执行周期的控制信号的控制过程：

起始状态：操作数的地址在MDR；

步骤1：把MDR（操作数地址）通过C5控制信号送入到MAR；
步骤2：MAR中的地址通过c1控制信号（控制门）送入到地址线，地址线送入存储器；
步骤3：CU发出读操作命令；
步骤4：从主存读入的数据，通过C2控制门送入MDR；至此，两个操作数都在cpu的寄存器中了；被加数保存在AC，加数在MDR中；
步骤5：C6和C7两个控制门打开，把操作数送入ALU；
步骤6：CU发出加法控制信号；并把运算结果通过C8控制门送入到AC寄存器；至此，执行过程就结束了；

注意：以上方式，是cpu内部不采用内部总线的方式；

【2】控制单元的功能（CPU内部采用总线的方式）

注意：cpu内部总线不同于系统总线；

cpu内部总线是CPU（包括ALU，CU）连接内部组件（如寄存器）用的；
而系统总线包括地址总线，数据总线，控制总线，是cpu连接cpu外部设备用的，如主存，磁盘等；

（为了对比，上图是不采用CPU内部总线方式）

（上图是采用CPU内部总线方式）

【背景介绍】

Cpu中，由 PC，MAR，IR，进行取指令操作，并放入MDR中；
在控制单元的作用下，我们可以进行操作；
时钟信号作为控制单元CU的输入，经过控制单元CU译码后，产生各种类型的控制信号，来控制cpu内部与外部的操作；
AC寄存器（ACC寄存器）；
ALU运算器：运算器要有多种类型的控制信号；控制它做相应的算术运算或逻辑运算；
ALU：是一个组合电路，为了能够保存两个操作数和计算结果，在alu的两个输入端需要加上寄存器，在输出端也要加上寄存器；输入时，ac可以作为其中一个寄存器，另一个输入寄存器是Y；在控制信号的作用下，把ac和y寄存器的操作数送入ALU进行相加，并把结果送入Z寄存器；
以上部件，都是离散的部件；在刚刚cpu内部不采用总线的结构下，分别有线路进行连接；

0）引入CPU内部总线目的：为了简化cpu结构，简化设计，假设cpu内部采用总线方式，这些离散部件是连接到CPU内部总线上的；

1）下面在cpu内部采用总线结构下，间址加法指令（ADD @X）的取指步骤：