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+# 第9章 控制单元的功能
+
+> 📖 本章分析控制单元为完成不同指令所发出的各种微操作命令。
+> 🎯 重点理解微操作命令和指令执行过程
+
+---
+
+## 📋 本章目录
+
+- [[#9.1 微操作命令的分析]]
+- [[#9.2 控制单元的功能]]
+- [[#本章小结]]
+
+---
+
+## 9.1 微操作命令的分析
+
+### 9.1.1 微操作命令的概念
+
+> [!info] 定义
+> 微操作命令是控制单元发出的最基本控制信号，控制计算机各部件完成相应操作。
+
+**特点**：
+- 是最基本的操作，不可再分
+- 由控制单元发出
+- 控制数据通路和功能部件
+
+### 9.1.2 指令周期的四个阶段
+
+```mermaid
+graph LR
+    A[指令周期] --> B[取指周期]
+    A --> C[间址周期]
+    A --> D[执行周期]
+    A --> E[中断周期]
+```
+
+### 9.1.3 取指周期的微操作
+
+**操作序列**：
+
+| 步骤 | 微操作 | 说明 |
+|------|--------|------|
+| 1 | PC → MAR | 现行指令地址送MAR |
+| 2 | 1 → R | 向主存发读命令 |
+| 3 | M(MAR) → MDR | 指令从主存读至MDR |
+| 4 | MDR → IR | 指令送指令寄存器 |
+| 5 | OP(IR) → CU | 操作码送CU译码 |
+| 6 | (PC) + 1 → PC | 程序计数器加1 |
+
+```mermaid
+sequenceDiagram
+    participant PC
+    participant MAR
+    participant MEM as 主存
+    participant MDR
+    participant IR
+    participant CU
+
+    PC->>MAR: PC → MAR
+    Note over MAR: 1 → R（发读命令）
+    MEM->>MDR: M(MAR) → MDR
+    MDR->>IR: MDR → IR
+    IR->>CU: OP(IR) → CU
+    Note over PC: (PC) + 1 → PC
+```
+
+### 9.1.4 间址周期的微操作
+
+**操作序列**：
+
+| 步骤 | 微操作 | 说明 |
+|------|--------|------|
+| 1 | Ad(IR) → MAR | 形式地址送MAR |
+| 2 | 1 → R | 向主存发读命令 |
+| 3 | M(MAR) → MDR | 有效地址从主存读至MDR |
+| 4 | MDR → Ad(IR) | 有效地址送IR地址字段 |
+
+```mermaid
+sequenceDiagram
+    participant IR
+    participant MAR
+    participant MEM as 主存
+    participant MDR
+
+    IR->>MAR: Ad(IR) → MAR
+    Note over MAR: 1 → R（发读命令）
+    MEM->>MDR: M(MAR) → MDR
+    MDR->>IR: MDR → Ad(IR)
+```
+
+### 9.1.5 执行周期的微操作
+
+#### 1. 非访存指令
+
+| 指令 | 微操作 | 说明 |
+|------|--------|------|
+| CLA | 0 → ACC | 清除累加器 |
+| COM | $\overline{ACC}$ → ACC | 累加器取反 |
+| SHR | L(ACC) → R(ACC), ACC₀ → ACC₀ | 算术右移 |
+| CSL | R(ACC) → L(ACC), ACC₀ → ACCₙ | 循环左移 |
+| STP | 0 → G | 停机 |
+
+#### 2. 访存指令
+
+##### 加法指令 ADD X
+
+| 步骤 | 微操作 | 说明 |
+|------|--------|------|
+| 1 | Ad(IR) → MAR | 地址送MAR |
+| 2 | 1 → R | 发读命令 |
+| 3 | M(MAR) → MDR | 操作数读至MDR |
+| 4 | (ACC) + (MDR) → ACC | 加法运算 |
+
+##### 存数指令 STA X
+
+| 步骤 | 微操作 | 说明 |
+|------|--------|------|
+| 1 | Ad(IR) → MAR | 地址送MAR |
+| 2 | 1 → W | 发写命令 |
+| 3 | ACC → MDR | 数据送MDR |
+| 4 | MDR → M(MAR) | 数据写入主存 |
+
+##### 取数指令 LDA X
+
+| 步骤 | 微操作 | 说明 |
+|------|--------|------|
+| 1 | Ad(IR) → MAR | 地址送MAR |
+| 2 | 1 → R | 发读命令 |
+| 3 | M(MAR) → MDR | 数据读至MDR |
+| 4 | MDR → ACC | 数据送累加器 |
+
+#### 3. 转移类指令
+
+| 指令 | 微操作 | 说明 |
+|------|--------|------|
+| JMP X | Ad(IR) → PC | 无条件转移 |
+| BAN X | A₀·Ad(IR) + $\overline{A₀}$·(PC) → PC | 条件转移（负则转） |
+
+### 9.1.6 中断周期的微操作
+
+**操作序列**：
+
+| 步骤 | 微操作 | 说明 |
+|------|--------|------|
+| 1 | 0 → MAR | 特定地址送MAR |
+| 2 | 1 → W | 发写命令 |
+| 3 | PC → MDR | 断点送MDR |
+| 4 | MDR → M(MAR) | 断点存入主存 |
+| 5 | 向量地址 → PC | 中断服务程序入口送PC |
+| 6 | 0 → EINT | 关中断 |
+
+```mermaid
+sequenceDiagram
+    participant PC
+    participant MAR
+    participant MDR
+    participant MEM as 主存
+
+    Note over MAR: 0 → MAR
+    Note over MAR: 1 → W（发写命令）
+    PC->>MDR: PC → MDR
+    MDR->>MEM: MDR → M(MAR)
+    Note over PC: 向量地址 → PC
+    Note over PC: 0 → EINT（关中断）
+```
+
+---
+
+## 9.2 控制单元的功能
+
+### 9.2.1 控制单元的外特性
+
+```mermaid
+graph TB
+    subgraph "控制单元CU"
+        INPUT[输入] --> CU[控制单元]
+        CU --> OUTPUT[输出]
+    end
+
+    subgraph "输入信号"
+        CLK[时钟]
+        INST[指令寄存器]
+        FLAG[标志]
+        INT[中断请求]
+        BUS[总线信号]
+    end
+
+    subgraph "输出信号"
+        CTRL[控制信号]
+        ADDR[地址信号]
+        DATA[数据信号]
+    end
+
+    CLK --> INPUT
+    INST --> INPUT
+    FLAG --> INPUT
+    INT --> INPUT
+    BUS --> INPUT
+    OUTPUT --> CTRL
+    OUTPUT --> ADDR
+    OUTPUT --> DATA
+```
+
+### 9.2.2 控制信号
+
+**控制信号分类**：
+
+| 类型 | 说明 | 示例 |
+|------|------|------|
+| **操作控制信号** | 控制数据通路操作 | ALU操作、寄存器读写 |
+| **时序控制信号** | 控制操作时序 | 时钟、节拍 |
+| **总线控制信号** | 控制总线操作 | 总线请求、总线允许 |
+
+### 9.2.3 控制信号举例
+
+#### 取指周期的控制信号
+
+| 时钟 | 控制信号 | 功能 |
+|------|----------|------|
+| T₀ | PCout, MARin | PC → MAR |
+| T₁ | MemR, MARout | 读主存 |
+| T₂ | MDRinE | M(MAR) → MDR |
+| T₃ | MDRout, IRin | MDR → IR |
+| T₄ | PC+1 | PC加1 |
+
+#### 执行周期的控制信号（加法指令）
+
+| 时钟 | 控制信号 | 功能 |
+|------|----------|------|
+| T₀ | IRout, MARin | Ad(IR) → MAR |
+| T₁ | MemR, MARout | 读主存 |
+| T₂ | MDRinE | M(MAR) → MDR |
+| T₃ | MDRout, Yin | MDR → Y |
+| T₄ | ADD, Zin | ACC + Y → Z |
+| T₅ | Zout, ACCin | Z → ACC |
+
+### 9.2.4 多级时序系统
+
+```mermaid
+graph TB
+    subgraph "多级时序系统"
+        MACHINE[机器周期] --> CLOCK[时钟周期]
+        CLOCK --> MICRO[微操作]
+    end
+
+    subgraph "时序关系"
+        T[指令周期] --> M1[机器周期1]
+        T --> M2[机器周期2]
+        T --> M3[机器周期3]
+        M1 --> C1[时钟周期T0]
+        M1 --> C2[时钟周期T1]
+        M1 --> C3[时钟周期T2]
+    end
+```
+
+**时序关系**：
+- **指令周期**：取出并执行一条指令的时间
+- **机器周期**：完成一个基本操作的时间
+- **时钟周期**：最基本的时序单位
+
+### 9.2.5 控制方式
+
+#### 1. 同步控制方式
+
+> [!info] 特点
+> 所有操作由统一时钟控制，时序固定。
+
+**优点**：设计简单，可靠性高
+**缺点**：效率低，不灵活
+
+#### 2. 异步控制方式
+
+> [!info] 特点
+> 操作按需进行，采用应答方式。
+
+**优点**：效率高，灵活
+**缺点**：设计复杂
+
+#### 3. 联合控制方式
+
+> [!info] 特点
+> 同步和异步结合，大部分操作同步，特殊操作异步。
+
+**应用**：现代计算机常用
+
+---
+
+## 📝 本章小结
+
+### 核心概念
+
+1. **微操作命令**：最基本的控制信号
+2. **指令周期**：取指周期、间址周期、执行周期、中断周期
+3. **控制信号**：控制数据通路和功能部件
+4. **时序系统**：机器周期、时钟周期
+
+### 重点图示
+
+> [!summary] 必须掌握的内容
+> 1. 指令周期四个阶段的微操作序列
+> 2. 控制单元的外特性
+> 3. 多级时序系统
+> 4. 各类指令的控制信号
+
+---
+
+## 🧪 自测练习
+
+### 概念题
+
+1. 说明微操作命令的概念和特点。
+2. 比较指令周期四个阶段的微操作。
+3. 解释控制信号的作用和分类。
+
+### 分析题
+
+1. 写出加法指令的微操作序列。
+2. 设计取指周期的控制信号。
+
+---
+
+## 🔗 相关链接
+
+- [[08_CPU结构与功能]] - 上一章
+- [[10_控制单元设计]] - 下一章
+- [[07_指令系统]] - 指令格式
+
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+
+*本章难度：⭐⭐⭐⭐ 中等偏难*
+*重要程度：⭐⭐⭐⭐ 重点*