控制器的功能與組成課件

第5章計(jì)算機(jī)的控制器部件本章主要內(nèi)容控制器的功能組成與指令執(zhí)行步驟微程序控制器部件組合邏輯控制器部件控制器的功能與組成

1.控制器的功能:

控制執(zhí)行指令

,控制各部件協(xié)調(diào)運(yùn)行，即為各部件提供控制信號(hào)。

2.控制器的組成：

程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令步驟標(biāo)記線路提供控制信號(hào)的部件

分類：

微程序的控制器硬布線的控制器控制器的功能計(jì)算機(jī)的功能是執(zhí)行程序 程序是依次排列起來的指令代碼

控制器的功能就在于:

正確地分步完成每一條指令規(guī)定的功能,

正確且自動(dòng)地連續(xù)執(zhí)行指令;

再進(jìn)一步說，就是向計(jì)算機(jī)各功能部件提供協(xié)調(diào)運(yùn)行每一個(gè)步驟所需要的控制信號(hào)?？刂破鞯慕M成①程序計(jì)數(shù)器PC：存放指令地址，有+1或接收新值功能。②指令寄存器IR：存放指令內(nèi)容：操作碼與操作數(shù)地址。主脈沖源與啟?？刂凭€路，按需要給出主脈沖信號(hào)。③指令執(zhí)行步驟標(biāo)記線路：

指明每條指令的執(zhí)行步驟。④控制信號(hào)記憶或產(chǎn)生線路：給出計(jì)算機(jī)各功能部件部件協(xié)同運(yùn)行所需要的控制信號(hào)。運(yùn)算器部件主存儲(chǔ)器部件總線及輸入/輸出接口(輸入/輸出設(shè)備)控制器部件各部件包括也包括設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，在于解決對(duì)運(yùn)算器、控制器的控制控制器的組成指令的執(zhí)行過程

馮.諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)即存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，設(shè)置內(nèi)存，存放程序和數(shù)據(jù)，在程序運(yùn)行之前存入。執(zhí)行程序：正確從程序首地址開始；正確分步執(zhí)行每一條指令，并形成下條待執(zhí)行指令的地址；正確并自動(dòng)地連續(xù)執(zhí)行指令，直到程序的最后一條指令。每條指令的執(zhí)行步驟—讀取指令

指令地址送入主存地址寄存器讀主存，讀出內(nèi)容送入指定的寄存器—分析指令—按指令規(guī)定內(nèi)容執(zhí)行指令不同指令的操作步驟數(shù)，和具體操作內(nèi)容差異很大,

—檢查有無中斷請(qǐng)求若有，則響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)中斷處理若無，則轉(zhuǎn)入下一條指令的執(zhí)行過程形成下一條指令地址R_R類型指令讀寫內(nèi)存類型指令輸入輸出類型指令其他類型指令

可能執(zhí)行一次或多次

是一次讀內(nèi)存操作公共操作公共操作是每一條指令的特定操作微程序控制器組成與設(shè)計(jì)（1）微程序控制器的運(yùn)行原理（2）教學(xué)計(jì)算機(jī)的微程序控制器的實(shí)際組成（3）微程序解釋的基本指令執(zhí)行流程圖（4）微指令的格式設(shè)計(jì)（5）指令執(zhí)行流程舉例與說明微程序控制器組成clock微程序控制器的運(yùn)行原理每條指令一個(gè)執(zhí)行步驟用到的全體控制信號(hào)組成一微指令每條微指令可以包括一到多個(gè)微操作。用多條微指令(一個(gè)微程序)解釋每條指令的執(zhí)行過程。全部的微程序有機(jī)地組合在一起，被保在控制存儲(chǔ)器中。執(zhí)行一條微指令所用的時(shí)間被稱為一個(gè)微周期。微指令的格式和內(nèi)容：下地址字段控制命令字段執(zhí)行第i條微指令讀出第i+1條微指令讀與執(zhí)行微指令的并行流水技術(shù)形成第i+1條微指令地址一個(gè)微周期接收微指令微程序控制器特點(diǎn)采用ROM存儲(chǔ)控制信號(hào)的方式，可擴(kuò)展性好兼容性實(shí)現(xiàn)比較容易容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的指令系統(tǒng)性能比較低并行性不好主要用在CISC中組合邏輯控制器采用邏輯電路直接提供全部控制信號(hào)輸入操作碼指令狀態(tài)字指令步驟編碼（節(jié)拍）外部信號(hào)（Reset等）輸出全部控制信號(hào)主要解決的問題節(jié)拍轉(zhuǎn)換控制信號(hào)生成組合邏輯（硬連線）控制器設(shè)計(jì)組合邏輯控制器的組成和運(yùn)行原理組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)過程與技術(shù)（1）指令系統(tǒng)與指令編碼設(shè)計(jì)（2）控制器應(yīng)提供的控制信號(hào)

（3）指令執(zhí)行步驟劃分和功能確定（4）節(jié)拍發(fā)生器（TIMING）設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（5）時(shí)序控制信號(hào)產(chǎn)生部件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

組合邏輯控制器的組成與運(yùn)行原理

（1）組合邏輯控制器用節(jié)拍發(fā)生器（Timing，幾個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成的時(shí)序邏輯電路）不同的狀態(tài)組合來區(qū)分一條指令不同的執(zhí)行步驟，指令執(zhí)行步驟的接續(xù)是通過變換節(jié)拍發(fā)生器的狀態(tài)組合完成的，不同于微程序控制器中通過下地址部件給出不同的微指令地址來實(shí)現(xiàn)。這里用節(jié)拍發(fā)生器取代了原來的下地址部件。

（2）組合邏輯控制器是通過由“與—或”兩級(jí)邏輯關(guān)系構(gòu)成的時(shí)序控制信號(hào)產(chǎn)生部件來直接給出全部的時(shí)序控制信號(hào)。送到第一級(jí)各“與門”的輸入信號(hào)是指令操作碼和節(jié)拍發(fā)生器的節(jié)拍狀態(tài)(可能還有控制條件)，每個(gè)與門產(chǎn)生一個(gè)與項(xiàng)輸出，相關(guān)的與項(xiàng)輸出信號(hào)送到第二級(jí)的“或門”，每個(gè)或門輸出的就是一個(gè)時(shí)序控制信號(hào)。全部的時(shí)序控制信號(hào)由許多個(gè)“與—或”邏輯門給出。與用控制存儲(chǔ)器存放全部控制信號(hào)的微程序控制方案不同，這里用時(shí)序控制信號(hào)產(chǎn)生部件取代了原來的控制存儲(chǔ)器，還取消了那里的微指令寄存器線路，把控制信號(hào)直接送到被控制的部件。組合邏輯控制器特點(diǎn)直接用邏輯電路實(shí)現(xiàn)，用節(jié)拍標(biāo)記指令步驟，性能良好可擴(kuò)展性差，兼容性不好適合實(shí)現(xiàn)比較精簡(jiǎn)的指令系統(tǒng)較容易實(shí)現(xiàn)并行常用于實(shí)現(xiàn)RISC組合邏輯與微程序控制器比較相