第六章　计算机的控制器部件

本章主要内容

控制器的功能组成与指令执行步骤

组合逻辑控制器部件

微程序控制器部件

控制器的功能与组成

1. 控制器的功能: 控制执行指令
控制各部件协调运行，即为各部件提供控制信号。
2. 控制器的组成： 程序计数器 指令寄存器
指令步骤标记线路 提供控制信号的部件
分类 ：
微程序的控制器
硬布线的控制器

控制器的功能

计算机的功能是执行程序
程序是依次排列起来的指令代码

控制器的功能就在于:
　　正确地分步完成每一条指令规定的功能,
　　正确且自动地连续执行指令;

再进一步说，就是向计算机各功能部件提供 协调运行每一个步骤所需要的控制信号。

控制器的组成

①程序计数器PC：存放指令地址，有+1或接收新值功能。
②指令寄存器IR：存放指令内容：操作码与操作数地址。主脉冲源与启停控制线路，按需要给出主脉冲信号。
③指令执行步骤标记线路：指明每条指令的执行步骤。
④控制信号记忆或产生线路：给出计算机各功能部件部件协同运行所需要的控制信号。
各部件包括　运算器部件　　　　　 主存储器部件
　　　　　　总线及输入/输出接口(输入/输出设备)
也包括　　　控制器部件
设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制

控制信号提供方法

·生成法
－将操作码和微操作序号作为输入，写出控制信号和下一微操作序号的逻辑表达式，然后，用相应的逻辑器件实现。
－组合逻辑控制器，也称硬布线控制器
·查表法
－将每一操作码的每个微操作对应的全部控制信号和下一操作步骤事先存储在控制存储器中，需要的时候从控存中读出。
－微程序控制器

微程序控制器基本原理

微程序控制器指令执行流程

·读当前指令到IR，且PC=PC+1；
·根据指令的操作码，得到该指令的微程序入口地址；
·读取该指令的微指令，并送到相应的计算机部件，完成微操作，同时，得到下一微指令的地址；
·重复上一步，直到本条指令执行完毕；
·判中断标志，如有，则进行中断处理；
·转取指令，执行下一条指令

微程序控制器的运行原理

·每条指令一个执行步骤用到的全体控制信号组成一微指令
·每条指令可以包括一到多个微操作
·用多条微指令解释每条指令的整个执行过程
·全部微指令的集合叫做微程序
·执行一条微指令所用的时间被称为一个微周期。
·微指令的格式和内容：
－下地址字段 控制命令字段

微程序控制器组成

微程序控制器设计

·定序器
－根据指令操作码、指令当前步骤以及条件码，确定下一步骤的微程序地址
·微指令
－给出当前指令的当前步骤要完成指令规定的功能，各功能部件所需要的控制信号。对控制器本身而言，则是要给出下一步骤的微程序地址。

定序器组成

下地址

·顺序执行下一条微指令
·无条件转移到某条微指令
·根据微指令的某一状态结果，选择顺序执行或转向某一地址
·微子程序调用，要使用到微堆栈
·多路转移
·根据指令操作码，转移到指令的入口地址