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控制器是整个计算机的指挥中心，为保证机器有条不紊的工作，主要完成如下功能。 ① 指令控制功能：计算机的工作过程是连续执行指令的过程，指令在主存中连续存放，一般情况下，指令被顺序执行，只有遇到转移指令才会改变指令的执行顺序，所以指令在主存中的存放顺序是静态的，而指令的执行顺序（指令流）是动态的，控制器应能保证指令流的正常流动。 ② 时序控制功能：由于各条机器指令的复杂长度不同，所以每个指令周期中包含的机器周期数各不相同，各个机器周期中包含多少个节拍也不一定相同，控制器必须产生指令周期、机器周期和节拍等时序信号，用来给机器定时。 ③ 操作控制功能：在时序信号的控制下，每条机器指令在各个机器周期的各个节拍中应产生哪些微操作控制信号是有严格规定的，控制器应能根据指令的操作流程，在各个节拍中产生相应的微操作控制信号，以有效地完成各条指令的操作过程。 控制器主要由以下几部分组成： ① 指令部件。 包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器、地址形成部件等。 ② 时序部件。 包括脉冲源、启停控制逻辑、节拍信号发生器等。 ③ 微操作信号发生器。 ④ 中断控制逻辑。 需要特别注意的是，暂存在指令寄存器中的指令，其操作码部分经译码后才能识别出当前要执行的指令是一条什么样的指令，也就是说，指令译码器仅对指令中的操作码字段进行译码，而不是对整条指令进行译码。 控制器的核心是微操作信号发生器（控制单元C U ） ，计算机无论执行什么任务，都是在控制单元的控制下完成的。 控制单元通常有３ 种实现方法：组合逻辑电路、存储逻辑电路、可编程逻辑阵列P L A 。 根据控制单元实现方法的不同，控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型３ 种。 这３ 种不同类型的控制器仅仅是控制单元实现不同，而控制器中的其他部分基本上是大同小异的。  控制单元的输入包括时序信号、机器指令操作码、各部件状态反馈信号等，输出的微 操作控制信号又可以细分为C P U 内的控制信号和送至主存或外设的控制信号。 C P U 内部的控制信号用于控制寄存器间的数据传送，使A L U 完成指定的功能以及其他的内部操作。 发送至C P U 外部的控制信号用于控制C P U 与主存和外设交换数据。控制单元的一般模型如图６-１ 所示，该模型表示了控制单元的输入和输出信号之间的关系。 控制单元的输入信号主要有： ① 时序信号。 C P U 的所有工作都必须按一定的时间关系有序的安排。 ② 指令译码器输出结果。 当前指令的操作码译码之后用于确定该指令应该完成何种微操作。 ③ 标志。 控制单元需要一些标志来决定C P U 应该发出哪些控制信号，例如，对“ 增量若为０ 跳步（I S Z ）” 指令来说，控制单元将根据零标志是否置位来确定P C 是否加“１” 。 ④ 来自系统总线的控制信号。 中断信号和存储器操作完成信号等。 控制单元的输出信号主要有： ① C P U 内的控制信号。 包括用于寄存器之间传送数据和用于指定A L U 功能的两类控制信号。 ② 至控制总线的控制信号。 包括对存储器的控制信号和对外设的控制信号。 |
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