控制器的功能与组成课件

第5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微程序控制器部件组合逻辑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。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)控制器部件各部件包括也包括设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制控制器的组成指令的执行过程

冯.诺依曼结构的计算机即存储程序的计算机，设置内存，存放程序和数据，在程序运行之前存入。执行程序：正确从程序首地址开始；正确分步执行每一条指令，并形成下条待执行指令的地址；正确并自动地连续执行指令，直到程序的最后一条指令。每条指令的执行步骤—读取指令

指令地址送入主存地址寄存器读主存，读出内容送入指定的寄存器—分析指令—按指令规定内容执行指令不同指令的操作步骤数，和具体操作内容差异很大,

—检查有无中断请求若有，则响应中断并转中断处理若无，则转入下一条指令的执行过程形成下一条指令地址R_R类型指令读写内存类型指令输入输出类型指令其他类型指令

可能执行一次或多次

是一次读内存操作公共操作公共操作是每一条指令的特定操作微程序控制器组成与设计（1）微程序控制器的运行原理（2）教学计算机的微程序控制器的实际组成（3）微程序解释的基本指令执行流程图（4）微指令的格式设计（5）指令执行流程举例与说明微程序控制器组成clock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微指令可以包括一到多个微操作。用多条微指令(一个微程序)解释每条指令的执行过程。全部的微程序有机地组合在一起，被保在控制存储器中。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执行第i条微指令读出第i+1条微指令读与执行微指令的并行流水技术形成第i+1条微指令地址一个微周期接收微指令微程序控制器特点采用ROM存储控制信号的方式，可扩展性好兼容性实现比较容易容易实现复杂的指令系统性能比较低并行性不好主要用在CISC中组合逻辑控制器采用逻辑电路直接提供全部控制信号输入操作码指令状态字指令步骤编码（节拍）外部信号（Reset等）输出全部控制信号主要解决的问题节拍转换控制信号生成组合逻辑（硬连线）控制器设计组合逻辑控制器的组成和运行原理组合逻辑控制器的设计过程与技术（1）指令系统与指令编码设计（2）控制器应提供的控制信号

（3）指令执行步骤划分和功能确定（4）节拍发生器（TIMING）设计与实现（5）时序控制信号产生部件的设计与实现

组合逻辑控制器的组成与运行原理

（1）组合逻辑控制器用节拍发生器（Timing，几个触发器构成的时序逻辑电路）不同的状态组合来区分一条指令不同的执行步骤，指令执行步骤的接续是通过变换节拍发生器的状态组合完成的，不同于微程序控制器中通过下地址部件给出不同的微指令地址来实现。这里用节拍发生器取代了原来的下地址部件。

（2）组合逻辑控制器是通过由“与—或”两级逻辑关系构成的时序控制信号产生部件来直接给出全部的时序控制信号。送到第一级各“与门”的输入信号是指令操作码和节拍发生器的节拍状态(可能还有控制条件)，每个与门产生一个与项输出，相关的与项输出信号送到第二级的“或门”，每个或门输出的就是一个时序控制信号。全部的时序控制信号由许多个“与—或”逻辑门给出。与用控制存储器存放全部控制信号的微程序控制方案不同，这里用时序控制信号产生部件取代了原来的控制存储器，还取消了那里的微指令寄存器线路，把控制信号直接送到被控制的部件。组合逻辑控制器特点直接用逻辑电路实现，用节拍标记指令步骤，性能良好可扩展性差，兼容性不好适合实现比较精简的指令系统较容易实现并行常用于实现RISC组合逻辑与微程序控制器比较相