运算器和控制器功能作用(修改版)

1、运算器部件：运算器部件： 是计算机加工处理数据的功能部件是是计算机加工处理数据的功能部件是CPU的重要组成部分。的重要组成部分。对数据的加工处理包括：对数据的加工处理包括：与、或、非、异或等。与、或、非、异或等。 ALU是运算器中的核心部件。也是运算器内部传是运算器中的核心部件。也是运算器内部传送数据的重要通路。送数据的重要通路。运算器的核心功能：运算器的核心功能： 实现算术运算和逻辑运算实现算术运算和逻辑运算算术逻辑单元算术逻辑单元ALU（Arithmetic-Logical Unit）：）：加、减、乘、除、等；加、减、乘、除、等；数值数据的数值数据的算术运算：算术运算：逻辑数据的逻辑数据的

2、逻辑操作：逻辑操作： 运算器还运算器还暂存暂存参加运算的数据和中间结果，参加运算的数据和中间结果，选择选择参加运算的数据，所以运算器内包含一定数目的参加运算的数据，所以运算器内包含一定数目的通通用寄存器用寄存器和和多路选择器多路选择器、译码电路译码电路等。等。 运运算算器器定点运算器定点运算器浮点运算器浮点运算器定点运算器用硬件直接实现，定点运算器用硬件直接实现，是必备的运算器。是必备的运算器。浮点运算器又称为数学协处理浮点运算器又称为数学协处理器，主要用硬件完成，是可选器，主要用硬件完成，是可选件。件。 现在的高档微机已经把定点运算器和浮点运算现在的高档微机已经把定点运算器和浮点运算器集成在

3、一个芯片中。器集成在一个芯片中。 运算器的组成运算器的组成以一个模型机的运算器为例，说明运算器的组成。以一个模型机的运算器为例，说明运算器的组成。该运算器由如下几部分该运算器由如下几部分构成构成：1算术算术/逻辑运算单元逻辑运算单元ALU由由4片片SN74181和和SN74182构成。构成。SN74181是是4位并行加法器，位并行加法器，SN74182是并行进是并行进位部件。位部件。可构成可构成16位的位的ALU。2锁存器锁存器 锁存器锁存器A、B用来用来暂存暂存来自通用寄存器、存储来自通用寄存器、存储器或外部设备的数据。给器或外部设备的数据。给ALU提供参加运算的数据。提供参加运算的数据。

4、一旦数据进入锁存器，不管外部数据怎样变化，一旦数据进入锁存器，不管外部数据怎样变化，都不能改变锁存器的内容。都不能改变锁存器的内容。ALU将依据锁存器将依据锁存器A、B的数据进行处理。的数据进行处理。3通用寄存器组通用寄存器组 通用寄存器通用寄存器可供程序员访问，用来作为累加器、可供程序员访问，用来作为累加器、变址寄存器、操作数寄存器等来使用。变址寄存器、操作数寄存器等来使用。4数据缓存寄存器数据缓存寄存器DR 作为作为ALU运算结果和通用寄存器之间信息传送中运算结果和通用寄存器之间信息传送中时间上的缓冲。时间上的缓冲。补偿补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差和内存、外围设备之间在操

5、作速度上的差别。别。 状态寄存器用来存放在运算过程中得到的状态寄存器用来存放在运算过程中得到的状态状态标志标志（如零标志、进位标志、符号标志等），以便（如零标志、进位标志、符号标志等），以便供程序判断使用。供程序判断使用。5状态寄存器状态寄存器PSW总线总线总线接收器总线接收器总线发送器总线发送器总线发送器总线发送器移位器移位器状态寄存器状态寄存器ALU锁存器锁存器A锁存器锁存器B源寄存器源寄存器暂存寄存器暂存寄存器通用寄存器通用寄存器模模型型机机运运算算器器组组成成框框图图 控制器控制器 是整个计算机系统的指挥中心，协调并控制是整个计算机系统的指挥中心，协调并控制计算机的各个部件执行程序的指

6、令序列。计算机的各个部件执行程序的指令序列。微处理器微处理器 微处理器将微处理器将运算器运算器与与控制器控制器集成在一个芯片上，集成在一个芯片上，通常称为通常称为中央处理单元中央处理单元（CPUCentral Processing Unit）。）。控控制制器器组合逻辑控制器（又称硬布线逻辑控制器）组合逻辑控制器（又称硬布线逻辑控制器）微程序控制器微程序控制器关系：运算器的操作和操作种类由控制器决定关系：运算器的操作和操作种类由控制器决定 控制器的功能和基本组成控制器的功能和基本组成 控制器的功能控制器的功能 控制器的作用是控制器的作用是控制程序的执行控制程序的执行，它应具有下，它应具有下列功能

7、。列功能。1取指令取指令 根据程序入口地址，从存储器中取出一条指令，根据程序入口地址，从存储器中取出一条指令，并指出下条指令的地址。并指出下条指令的地址。 取出的指令送到指令寄存器，以便分析运行该取出的指令送到指令寄存器，以便分析运行该指令。指令。2分析指令分析指令分析指令又叫分析指令又叫解释指令解释指令或或指令译码指令译码。3执行指令执行指令 根据分析指令产生的控制命令和操作数地址，形根据分析指令产生的控制命令和操作数地址，形成相应的操作控制信号序列，通过运算器、存储器、成相应的操作控制信号序列，通过运算器、存储器、输入输入/ /输出设备的执行，输出设备的执行，实现每条指令的功能实现每条指令

8、的功能。 计算机不断重复上述三种操作：计算机不断重复上述三种操作：取指取指、分析分析、执行执行；再取指再取指、再分析再分析、再执行再执行，如此循环，如此循环，直到遇到停机指令或外来干预为止。直到遇到停机指令或外来干预为止。 是对当前取得的指令进行是对当前取得的指令进行分析分析，指出它要求完成，指出它要求完成什么操作，并产生相应的操作控制命令。如果参与什么操作，并产生相应的操作控制命令。如果参与操作的数据在存储器中，还要操作的数据在存储器中，还要形成操作数地址形成操作数地址。5对异常情况和某些请求的处理对异常情况和某些请求的处理 当机器出现某些异常情况时，如溢出、校验错等，当机器出现某些异常情况

9、时，如溢出、校验错等，或某些外来请求，如中断、或某些外来请求，如中断、DMADMA等，要进行相应的处等，要进行相应的处理。理。4控制程序和数据的输入与结果的输出控制程序和数据的输入与结果的输出 根据程序的安排并通过人的干预，在适当的时根据程序的安排并通过人的干预，在适当的时候向输入候向输入/ /输出设备发出一些相应的命令来输出设备发出一些相应的命令来完成输入完成输入/ /输出功能输出功能，这实际上也是通过执行程序来完成的。，这实际上也是通过执行程序来完成的。 控制器的控制器的实现方式实现方式 在控制器信号发生器的设计实现方式上，有组在控制器信号发生器的设计实现方式上，有组合逻辑和微程序两种不同

10、方法。合逻辑和微程序两种不同方法。1组合逻辑组合逻辑 组合逻辑控制产生控制信号，优点是速度快，组合逻辑控制产生控制信号，优点是速度快，但是设计复杂，指令功能的修改和扩展不方便，尤但是设计复杂，指令功能的修改和扩展不方便，尤其当指令系统变得复杂的时候。其当指令系统变得复杂的时候。2微程序微程序 微程序控制器采用类的程序控制方法微程序控微程序控制器采用类的程序控制方法微程序控制设计方法规整，修改，扩充方便。易于实现机型制设计方法规整，修改，扩充方便。易于实现机型系列化，执行速度稍慢。系列化，执行速度稍慢。 控制器的组成控制器的组成 时序控制信号时序控制信号形成部件形成部件启停电路启停电路程序计数器程序计数器 运算器运算器+1CLK2CLK脉冲源脉冲源RESET指令译码器指令译码器ID IR操作码操作码 地址码地址码存储器存储器I/O口口数据总线数据总线DB地址总线地址总线AB控制总线控制总线CB指令指令数据数据指令指令地址地址数据寄存器数据寄存器地址寄存器地址寄存器操作数操作数地址地址DRAR 计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。运算器的功能与分类 运算器的基本功能是