第9章控制单元的组成原理2014

cpu控制单元工作原理CPU（中央处理器）的控制单元是一种关键组件，其工作原理是确保计算机正确执行各种指令，并控制和协调其他硬件组件的操作。

控制单元（CU）负责解释指令、处理各种计算操作以及处理器和内存之间的数据传输。

它从内存中获取指令，将其解码并发送给其他部件执行。

以下是CPU 控制单元的工作原理的详细描述：1. 指令获取：控制单元从内存中获取指令。

指令存储在内存的特定位置，控制单元按照程序计数器中的地址逐个获取指令。

2. 指令解码：控制单元对获取的指令进行解码。

它将指令翻译成控制信号，以便其他部件能够理解并执行这些操作。

解码过程由控制单元中的指令寄存器和解码电路完成。

3. 操作执行：控制单元将解码的指令发送给其他部件执行。

它可以指示算术逻辑单元（ALU）执行数学运算，控制数据的移动以及其他操作。

控制单元还负责协调各个部件的操作，以确保指令的正确执行。

4. 数据传输：控制单元还负责处理器和内存之间的数据传输。

它可以将数据从内存加载到寄存器中，然后再将结果存回内存。

这样，控制单元通过协调这些传输确保正确的数据操作。

5. 错误检测与处理：控制单元还负责检测和处理错误。

如果控制单元检测到错误，例如数据损坏或非法操作，它将采取相应的措施，例如中断处理程序或错误纠正。

通过以上步骤，CPU的控制单元实现了指令的正确解释和执行，确保计算机可以按照预期进行各种操作。

它充当了计算机系统的大脑，始终处于控制和协调的核心位置，确保其正常运行。

需要注意的是，这只是对CPU控制单元工作原理的简要描述。

实际上，现代CPU的控制单元通常更加复杂和高效，涉及更多的电路和算法。

但总体来说，控制单元的任务是解释和执行指令，以及协调和控制其他部件的操作。

唐朔飞计算机组成原理第2版视频精讲！唐朔飞计算机组成原理第2版精讲班【教材精讲＋考研真题串讲】讲师：赵剑锋视频数量：44目录说明：本课程共包括44个高清视频（共62课时）。

序号名称1 第1章计算机系统概论（1）2 第1章计算机系统概论（2）3 第2章计算机的发展及应用（1）4 第2章计算机的发展及应用（2）5 第2章计算机的发展及应用（3）6 第3章总线系统（1）7 第3章总线系统（2）8 第3章总线系统（3）9 第4章存储器（1）10 第4章存储器（2）11 第4章存储器（3）12 第4章存储器（4）13 第4章存储器（5）14 第4章存储器（6）15 第4章存储器（7）16 第4章存储器（8）17 第4章存储器（9）18 第5章输入输出系统（1）19 第5章输入输出系统（2）20 第5章输入输出系统（3）21 第5章输入输出系统（4）22 第5章输入输出系统（5）23 第6章计算机的运算方法（1）24 第6章计算机的运算方法（2）25 第6章计算机的运算方法（3）26 第6章计算机的运算方法（4）27 第7章指令系统（1）28 第7章指令系统（2）29 第7章指令系统（3）30 第7章指令系统（4）31 第8章CPU的结构和功能（1）32 第8章CPU的结构和功能（2）33 第8章CPU的结构和功能（3）34 第8章CPU的结构和功能（4）35 第9章控制单元的功能（1）36 第9章控制单元的功能（2）37 第10章控制单元的设计（1）38 第10章控制单元的设计（2）39 附录10A PC整机介绍40 部分考研真题讲解（1）41 部分考研真题讲解（2）42 部分考研真题讲解（3）43 重难点知识串讲（1）44 重难点知识串讲（2）内容简介本课程是唐朔飞《计算机组成原理》（第2版）精讲班，为了帮助参加研究生招生考试指定考研参考书目为唐朔飞《计算机组成原理》（第2版）的考生复习专业课，我们根据教材和名校考研真题的命题规律精心讲解教材章节内容。

控制系统构造及原理讲义(PPT 89页)任课教师教研室主任年月日任课教师教研室主任年月日任课教师教研室主任年月日任课教师教研室主任年月日1) 控制器的处理模块(CPU模块)位于塔基控制柜，主要完成数据采集及I/O信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱控制柜光纤通信，接收机舱信号，返回控制信号；与中央监控系统通信，传递信息。

2) 对变流器、变桨距系统、液压系统，偏航系统，润滑系统，齿轮箱及机组关键设备的温度及环境温度等作监控；变流器和变桨距系统的耦合控制，与变流器通信，实现机组变速恒频运行、有功及无功调节、功率控制、高速轴紧急制动、偏航自动对风、自动解缆、发电机和主轴自动润滑、主要部件的除湿加热和散热器开停。

3) 对定子侧和转子侧的电压、电流测量，除了用于监控过电压、低电压、过电流、低电流、三相不平衡外，也用于统计发电量，以及并网前后的相序检测。

4）通过和机舱控制柜相连的信号线实现系统安全关机、紧急关机、安全链复位等功能。

3、控制系统的功能①根据风速信号自动进入起动状态、并网或从电网切出；②根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制；③根据风向信号自动对风；④根据功率因数自动投入(或切出)相应的补偿电容(对于设置补偿电容的机组)。

当发电机脱网时，能确保机组安全关机；⑤在机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，并能够根据记录的数据，生成各种图表，以反映风力发电机组的各项性能指标；⑥对于在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信的功能。

二、安全保护风力发电机组的控制系统具有两种基本功能：一个是运行管理功能，一个是安全保护功能。

1、安全保护系统1）大风保护安全系统多数机组取l0min平均25m/s为切出风速，由于此时风的能量很大，系统必须采取保护措施。

在关机前对失速型风力发电机组，风轮叶片自动降低风能的捕获，风力发电机组的功率输出仍然保持在额定功率左右。

计算机组成原理目录目录如下：第1篇概论第1章计算机系统概论1.1 计算机系统简介1.1.1 计算机的软硬件概念1.1.2 计算机系统的层次结构1.1.3 计算机组成和计算机体系结构1.2 计算机的基本组成1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点1.2.2 计算机的硬件框图1.2.3 计算机的工作步骤1.3 计算机硬件的主要技术指标1.3.1 机器字长1.3.2 存储容量1.3.3 运算速度1.4 本书结构思考题与习题第2章计算机的发展及应用2.1 计算机的发展史2.1.1 计算机的产生和发展2.1.2 微型计算机的出现和发展2.1.3 软件技术的兴起和发展2.2 计算机的应用2.2.1 科学计算和数据处理2.2.2 工业控制和实时控制2.2.3 网络技术的应用2.2.4 虚拟现实2.2.5 办公自动化和管理信息系统2.2.6 CAD/CAM/CIMS2.2.7 多媒体技术2.2.8 人工智能2.3 计算机的展望思考题与习题第2篇计算机系统的硬件结构第3章系统总线3.1 总线的基本概念3.2 总线的分类3.2.1 片内总线3.2.2 系统总线3.2.3 通信总线3.3 总线特性及性能指标3.3.1 总线特性3.3.2 总线性能指标3.3.3 总线标准3.4 总线结构3.4.1 单总线结构3.4.2 多总线结构3.4.3 总线结构举例3.5 总线控制3.5.1 总线判优控制3.5.2 总线通信控制思考题与习题第4章存储器4.1 概述4.1.2 存储器的层次结构4.2 主存储器4.2.1 概述4.2.2 半导体存储芯片简介4.2.3 随机存取存储器4.2.4 只读存储器4.2.5 存储器与CPU的连接4.2.6 存储器的校验4.2.7 提高访存速度的措施4.3 高速缓冲存储器4.3.1 概述4.3.2 Cache—主存地址映射4.3.3 替换策略4.4.1 概述4.4.2 磁记录原理和记录方式4.4.3 硬磁盘存储器4.4.4 软磁盘存储器4.4.5 磁带存储器4.4.6 循环冗余校验码4.4.7 光盘存储器思考题与习题附录4A 相联存储器第5章输入输出系统5.1 概述5.1.1 输入输出系统的发展概况5.1.2 输入输出系统的组成5.1.3 I/O设备与主机的联系方式5.1.4 I/O设备与主机信息传送的控制方式5.2 I/O设备5.2.1 概述5.2.2 输入设备5.2.3 输出设备5.2.4 其他I/O设备5.2.5 多媒体技术5.3 I/O接口5.3.1 概述5.3.2 接口的功能和组成5.3.3 接口类型5.4 程序查询方式5.4.1 程序查询流程5.4.2 程序查询方式的接口电路5.5 程序中断方式5.5.1 中断的概念5.5.2 I/O中断的产生5.5.3 程序中断方式的接口电路5.5.4 I/O中断处理过程5.5.5 中断服务程序的流程5.6 DMA方式5.6.1 DMA方式的特点5.6.2 DMA接口的功能和组成5.6.3 DMA的工作过程5.6.4 DMA接口的类型思考题与习题附录5A ASCⅡ码附录5B BCD码附录5C 奇偶校检码第3篇中央处理器第6章计算机的运算方法6.1 无符号数和有符号数6.1.1 无符号数6.1.2 有符号数6.2 数的定点表示和浮点表示6.2.1 定点表示6.2.2 浮点表示6.2.3 定点数和浮点数的比较6.2.4 举例6.2.5 IEEE754标准6.3 定点运算6.3.1 移位运算6.3.2 加法与减法运算6.3.3 乘法运算6.3.4 除法运算6.4 浮点四则运算6.4.1 浮点加减运算6.4.2 浮点乘除法运算6.4.3 浮点运算所需的硬件配置6.5 算术逻辑单元6.5.1 ALU电路6.5.2 快速进位链思考题与习题附录6A 各种进位制6A.1 各种进位制的对应关系6A.2 各种进位制的转换附录6B 阵列乘法器和阵列除法器附录6C 74181逻辑电路第7章指令系统7.1 机器指令7.1.1 指令的一般格式7.1.2 指令字长7.2 操作数类型和操作类型7.2.1 操作数类型7.2.2 数据在存储器中的存放方式7.2.3 操作类型7.3 寻址方式7.3.1 指令寻址7.3.2 数据寻址7.4 指令格式举例7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素7.4.2 指令格式举例7.4.3 指令格式设计举例7.5 RISC技术7.5.1 RISC的产生和发展7.5.2 RISC的主要特征7.5.3 RISC和CISC的比较思考题与习题第8章 CPU的结构和功能8.1 CPU的结构8.1.1 CPU的功能8.1.2 CPU结构框图8.1.3 CPU的寄存器8.1.4 控制单元和中断系统8.2 指令周期8.2.1 指令周期的基本概念8.2.2 指令周期的数据流8.3 指令流水8.3.1 指令流水原理8.3.2 影响流水线性能的因素8.3.3 流水线性能8.3.4 流水线中的多发技术8.3.5 流水线结构8.4 中断系统8.4.1 概述8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找8.4.4 中断响应8.4.5 保护现场和恢复现场8.4.6 中断屏蔽技术思考题与习题第4篇控制单元第9章控制单元的功能9.1 微操作命令的分析9.1.1 取指周期9.1.2 间址周期9.1.3 执行周期9.1.4 中断周期9.2 控制单元的功能9.2.1 控制单元的外特性9.2.2 控制信号举例9.2.3 多级时序系统9.2.4 控制方式9.2.5 多级时序系统实例分析思考题与习题第10章控制单元的设计10.1 组合逻辑设计10.1.1 组合逻辑控制单元框图10.1.2 微操作的节拍安排10.1.3 组合逻辑设计步骤10.2 微程序设计10.2.1 微程序设计思想的产生10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理10.2.3 微指令的编码方式10.2.4 微指令序列地址的形成10.2.5 微指令格式10.2.6 静态微程序设计和动态微程序程序设计10.2.7 毫微程序设计10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制10.2.9 微程序设计举例思考题与习题附录10A PC整机介绍10A.1 主板10A.1.1 主板的主要组成部件10A.1.2 CPU芯片及插座(插槽)10A.1.3 内存条插槽10A.1.4 扩展插10A.1.5 配套芯片和器件10A.1.6 主板结构的改进10A.2 芯片组10A.2.1 芯片组的功能10A.2.2 芯片组的组成《计算机组成原理》是2008年1月1日高等教育出版社出版的图书，作者是唐朔飞。

计算机组成原理考研指定教材习题解答《计算机组成原理》考研指定教材习题解答李淑芝欧阳城添江西理⼯⼤学计算机科学与技术教研室2013.9⽬录第1章计算机系统概论 (1)第2章计算机的发展及应⽤ (6)第3章系统总线 (8)第4章存储器 (13)第5章输⼊输出系统 (32)第6章计算机的运算⽅法 (44)第7章指令系统 (65)第8章 CPU的结构和功能 (70)第9章控制单元的功能 (78)第10章控制单元的设计 (85)第1章计算机系统概论1.1 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：计算机系统由硬件和软件两⼤部分组成。

硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外设等。

软件是看不见摸不着的，由⼈们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，⽤来充分发挥硬件功能，提⾼机器⼯作效率，便于⼈们使⽤机器，指挥整个计算机硬件系统⼯作的程序、资料、数据集合。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺⼀不可，因此同样重要。

1.2 如何理解计算机系统的层次结构？解：（1）第⼀级：实际机器M1 (机器语⾔机器)，机器语⾔程序直接在M1上执⾏；（2）第⼆级：虚拟机器M2（汇编语⾔机器），将汇编语⾔程序先翻译成机器语⾔程序，再在M1-上执⾏；（3）第三级：虚拟机器M3(⾼级语⾔机器)，将⾼级语⾔程序先翻译成汇编语⾔程序，再在M2、M1（或直接到M1）上执⾏；（4）第零级：微程序机器M0（微指令系统），由硬件直接执⾏微指令。

（5）实际上，实际机器M1和虚拟机器M2之间还有⼀级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机⽤机器语⾔解释操作系统。

（6）虚拟机器M3还可以向上延伸，构成应⽤语⾔虚拟系统。

1.3 说明⾼级语⾔、汇编语⾔和机器语⾔的差别及联系。

解：机器语⾔由0、1代码组成，是机器能识别的⼀种语⾔。

⽤机器语⾔编写程序时要求程序员对他们所使⽤的计算机硬件及其指令系统⼗分熟悉，编写程序难度很⼤，操作过程也极易出错。

计算机组成原理缩写词汇总第1章计算机系统概论1、ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）电子数值积分计算机（说明：第1台电子数字计算机）2、EDV AC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）电子离散变量自动计算机3、CPU（Central Processing Unit）中央处理器4、ALU （Arithmetic Logic Unit ）算术逻辑单元5、CU（Control Unit）控制单元6、ACC（Accumulator）运算器的累加器7、MQ（Multiplier-Quotient Register）运算器的乘商寄存器8、MAR（Memory Address Register）存储器地址寄存器9、MDR （Memory Data Register）存储器数据寄存器10、PC（Program Counter）程序计数器11、IR(Instruction Register) 指令寄存器12、MIPS（Million Instruction Per Second）百万条指令每秒（说明：运算速度指标）13、CPI（Cycle Per Second）执行一条指令所需的时钟周期（说明：运算速度指标）14、FLOPS（Floating Point Per Second）浮点运算每秒15、MBPS（Million Bytes Per Second）兆字节每秒MbPS（Million Bits Per Second）兆位每秒第2章计算机的发展与应用1、SSI（Small Scale integration）小规模集成电路2、MSI（Medium Scale integration）中等规模集成电路3、LSI（Large Scale Integration）大规模集成电路4、VLSI（Very Large Scale Integration）超大规模集成电路5、CAD （Computer Aided Design）计算机辅助设计6、CAM （Computer Aided Manufacturing）计算机辅助制造7、CIMS（Computer Integrated Manufacturing Systems）计算机集成制造系统第3章系统总线1、M总线：存储总线2、I/O总线：输入/输出总线3、DMA（Direct Memory Access）直接存储器存取4、ISA总线（Industry Standard Architecture）工业标准结构总线5、EISA总线（Extended Industry Standard Architecture）扩展工业标准结构总线6、VESA总线（Video Electronic Standard Association）视频电子标准协会，又称VL局部总线7、PCI总线（Peripheral Component Interconnect）外围部件互联，是一种常用的局部总线8、AGP （Accelerated Graphics Port）加速图形端口9、USB总线(Universal Serial Bus) 通用串行总线10、BS（Bus Busy）总线忙11、BR（Bus Request）总线请求12、BG（Bus Grant）总线同意13、CB（Control Bus）控制总线14、DB（Data Bus）数据总线15、AB（Address Bus）地址总线第4章存储器1、TTL（Transistor Transistor Logic）晶体管-晶体管逻辑（也是一种电平标准）2、MOS（Metal Oxide-semiconductor）金属氧化物半导体，MOS管：也叫场效应管3、RAM（random access memory）随机存取存储器4、ROM（read only memory）只读存储器5、MROM （Masked ROM）掩模型只读存储器6、PROM （Programmable ROM）可编程只读存储器7、EPROM （Erasable Programmable ROM）可擦除可编程只读存储器8、EEPROM （Electrically Programmable ROM）用电可擦除可编程只读存储器9、Flash Memory 闪速存储器10、DRAM （Dynamic RAM）动态RAM11、SRAM （Static RAM）静态RAM12、MAT (Memory Access Time) 存取时间（反映主存速度的指标）13、MCT （Memory Cycle Time）存取周期（反映主存速度的指标）14、RAS（Row Address Select）行地址选通15、CAS(Column Address Select) 列地址选通16、CS(Chip Select)片选信号（低电平有效）17、WE(Write Enable)写允许信号（低电平为写，高电平为读）18、OE（(Out Enable)允许读19、RD 允许读20、CE （Chip Select）芯片使能信号21、V CC 代表电源22、GND(ground) 代表接地端23、MREQ(Memory Request)访存控制信号24、PD/progr 功率下降/编程输入端（读出时为低电平，在只读存储器中应用）25、SDRAM (Synchronous DRAM) 同步动态RAM26、FIFO（First In First Out）算法(Cache的替换算法)27、LRU（Least Recently Used）算法(Cache的替换算法)28、tpi/tpm 道密度单位（磁表面存储器记录密度）29、bpi/bpm 位密度（线密度）单位（磁表面存储器记录密度）第5章输入输出系统1、DMA（Direct Memory Access）直接存储器存取2、CCW（Channel Control Word）通道指令（通道控制字）3、DBR（Data Buffer Register）数据缓冲寄存器4、CRT（Cathode-Ray Tube 阴极射线管）阴极射线管显示器5、LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示器6、PD（Plasma Display）等离子显示器7、VRAM（Video RAM）视频存储器（刷新存储器）8、VGA/SVGA/XGA等Video Graphics Array 视频图形阵列，显示器显示标准9、INTR 中断请求信号（中断请求触发器）10、MASK 中断屏蔽触发器11、AR 主存地址寄存器12、WC 字计数器13、BR 数据缓冲寄存器14、DAR 设备地址寄存器15、DREQ 向DMA接口提出申请16、HRQ 发出总线使用权的请求信号（说明：11~16均为DMA控制器内部构成和相关信号）第6章计算机的运算方法CP （Clock Pulse）时钟脉冲第7章指令系统1、RISC（Reduced Instruction Set Computer）精简指令系统计算机2、CISC （Complex Instruction Set Computer）复杂指令系统计算机3、NOP 空操作指令4、HLT 停机指令5、RET （Return）子程序返回6、IRET （Interrupt Return）中断返回7、SP （Stack Point）堆栈指针8、EA （Effect Address）有效地址（存储器）9、OP (Operation Code) 操作码第8章CPU的结构和功能1、SPL（Super Pipe Lining）超级流水线第9章控制单元的功能第10章控制单元的设计1、CLK 时钟脉冲（机器主频）2、LDA （Load Accumulator）取数指令，此处的A指累加器3、STA （Load Accumulator）存数指令，此处的A指累加器4、CMDR 微程序控制器的MDR5、CMAR 微程序控制器的MAR6、CM（Control Memory）控制存储器，简称控存7、BIOS （Basic Input Output System）基本输入输出系统。

控制器工作原理控制器是现代自动化系统中不可或缺的部分，它起着控制和调节系统运行的重要作用。

在工业、交通、家居等各个领域中，控制器被广泛应用于各种设备和系统中，使其能够实现精确的控制和调节。

本文将介绍控制器的工作原理，重点探讨控制器的基本原理和核心组成部分。

控制器的基本原理是通过采集感知信息，进行处理和判断，并输出控制信号，以实现对被控制对象的控制。

其中，感知信息包括温度、湿度、压力、流量等物理量的测量结果，以及开关状态、位置反馈等逻辑信息。

这些感知信息通过传感器采集，并经过信号变换和处理，得到与实际情况相对应的数字或模拟信号。

控制器的核心部分是处理器或微控制器，它负责接收和处理感知信息，并根据事先设定的控制算法进行运算和判断。

处理器通过数字信号处理和逻辑运算，对采集的感知信息进行加工和分析，得出控制行为和决策策略。

控制算法可以基于经验规则，也可以基于数学模型和控制理论进行设计。

控制器的性能和稳定性很大程度上取决于控制算法的设计和优化。

控制器通过输出信号实现对被控制对象的控制。

输出信号经过数字模拟转换或数字输出接口，转换为与被控对象匹配的控制信号。

这些控制信号可以是电压、电流、频率、逻辑电平等形式。

通过与被控对象的接口连接，控制器将控制信号传递给被控对象，实现对其运行状态或特定参数的控制和调节。

控制器还可以通过人机界面与操作人员进行交互。

人机界面通常包括显示屏、按钮、触摸屏等，通过这些界面，操作人员可以对控制器进行设定、参数调整和监视。

同时，控制器也可以将当前状态和运行参数反馈给操作人员，以便了解系统的运行情况和变化。

除了基本的控制原理和核心组成部分，控制器还可以根据应用需求进行扩展和优化。

例如，针对高速运动系统，控制器需要具备快速响应和高精度的特性；对于复杂的多变量控制系统，控制器可能需要采用现代控制理论中的模型预测控制或自适应控制策略；对于远程监控和管理需求，控制器还可以与网络互联，实现远程控制和数据传输等功能。