控制器组成实现方法.pptx

北京理工大学计算机学院第6章6.1中央处理器的功能和组成6.2控制器的组成和实现方法6.3时序系统与控制方式6.4微程序控制原理6.5控制单元的设计6.6流水线技术6.7精简指令系统计算机

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法控制器是计算机系统的指挥中心，它把运算器、存储器、输入/输出设备等部件组成一个有机的整体，然后根据指令的要求指挥全机的工作。

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法6.2.1控制器的基本组成

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法1.指令部件指令部件的主要任务是完成取指令并分析指令。指令部件包括：(1)程序计数器（PC）(2)指令寄存器（IR）(3)指令译码器（ID）：指令译码器又称操作码译码器或指令功能分析解释器。暂存在指令寄存器中的指令只有在其操作码部分经过译码之后才能识别出这是一条什么样的指令，并产生相应的控制信号提供给微操作信号发生器。

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法(4)地址形成部件根据指令的不同寻址方式，用来形成操作数的有效地址，在微、小型机中，一般不设专门的地址形成部件，而是利用运算器来进行有效地址的计算。

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法2.时序部件时序部件能产生一定的时序信号，以保证机器的各功能部件有节奏地进行信息传送、加工及信息存储。时序部件包括：(1)脉冲源脉冲源用来产生具有一定频率和宽度的时钟脉冲信号，为整个机器提供基准信号。

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法(2)启停控制逻辑启停控制逻辑的作用是根据计算机的需要，可靠地开放或封锁脉冲，控制时序信号的发生或停止，实现对整个机器的正确启动或停止。启停控制逻辑保证启动时输出的第一个脉冲和停止时输出的最后一个脉冲都是完整的脉冲。(3)节拍信号发生器节拍信号发生器又称脉冲分配器。脉冲源产生的脉冲信号，经过节拍信号发生器后产生出各个机器周期中的节拍信号，用以控制计算机完成每一步微操作。

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法3.微操作信号发生器一条指令的取出和执行可以分解成很多最基本的操作，这种最基本的不可再分割的操作称为微操作。微操作信号发生器也称为控制单元（CU）。不同的机器指令具有不同的微操作序列。4.中断控制逻辑中断控制逻辑是用来控制中断处理的硬件逻辑。

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法6.2.2控制器的硬件实现方法控制器的输入是机器指令代码，输出是微操作控制信号，因此微操作信号发生器是控制器的核心。根据产生微操作控制信号的方式不同，控制器可分为3种，它们的根本区别在于微操作信号发生器的实现方法不同，而控制器中的其它部分基本上是大同小异的。

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法微操作信号发生器操作码译码输出微操作控制信号时序信号各部件状态反馈信号……

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法1.组合逻辑型这种控制器称为常规控制器或硬布线控制器，它是采用组合逻辑技术来实现的，其微操作序列形成部件是由门电路组成的复杂树形网络。组合逻辑控制器的最大优点是速度快，但是微操作信号发生器的结构不规整，使得设计、调试、维修较困难，难以实现设计自动化。一旦微操作信号发生器构成之后，要想增加新的控制功能是不可能的。

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法2.存储逻辑型这种控制器称为微程序控制器，它是采用存储逻辑来实现的，也就是把微操作信号代码化，使每条机器指令转化成为一段微程序并存入一个专门的存储器（控制存储器）中，微操作控制信号由微指令产生。微程序控制器的设计思想和组合逻辑设计思想截然不同。它具有设计规整、调试、维修以及更改、扩充指令方便的优点，易于实现自动化设计，已成为当前控制器的主流。但是，由于它增加了一级控制存储器，所以指令执行速度比组合逻辑控制器慢。

北京理工大学计算机学院6.2控制器的组成和实现方法3.组合逻辑和存储逻辑结合型这种控制器称为PLA控制器，它是组合逻辑技术和存储逻辑技术结合的产物，它克服了两者的缺点，是一种较有前途的方法。