中央处理器CPU——控制器

控制器是计算机系统的指挥中心，控制器的主要功能有：
1）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。
2）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。
3）指挥并控制CPU、主存、输入和输出设备之间的数据流动方向。

控制单元的输入与输出：
输入：
（1）指令寄存器：OP(IR)一>CU控制信号的产生与操作码有关
（2）时钟：一个时钟脉冲发一个操作命令或一组需要同时执行的操作命令
（3）标志：如条件转移指令，根据相应的标志位决定下一步操作
（4）外来信号：如：中断请求信号INTR 总线请求信号HRQ
输出：
（1）CPU内部的控制信号：寄存器之间的数据传输、pc的修改、控制ALU进行相应的运算
（2）到控制总线的控制信号： 到存储器：访存控制信号、读命令、写命令 到I/O设备：访问I/O设备的控制信号 中断响应信号INTA、总线响应信号HLDA

硬布线原理：微操作控制信号由组合逻辑电路根据当前指令码，状态和时序，即时产生
时序控制方式：产生不同微操作命令序列所用的时序控制方式。
1.同步控制方式：整个系统所有的控制信号均来自一个统一的时钟信号。优点是控制电路简单，缺点是运行速度慢。
2.异步控制方式：不存在基准时标信号，各部件按自身固有的速度工作，通过应答方式进行联络。优点是运行速度快，缺点是控制电路比较复杂。
3·联合控制方式：对各种不同的指令的微操作实行大部分采用同步控制、小部分采用异步控制的办法。

安排微操作时序的原则
原则一：微操作的先后顺序不得随意更改
原则二：被控对象不同的微操作尽量安排在一个节拍内完成
原则三：占用时间较短的微操作尽量安排在一个节拍内完成
并允许有先后顺序

微程序原理：将控制器所需的微命令以代码形式编成微指令，存入一个由ROM构成的控制存储器（CM）中。将各种机器指令的操作分解成若干微操作序列。每条微指令包含的微命令控制实现一步操作。若干条微指令组成一小段微程序，解释执行一条机器指令。与存储程序相类似的方法，解决微操作命令序列的形成。
将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微序包含若条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令。然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每个微程序中的微指令。由于这些微指令是以二进制代码形式表示的，每位代表一个控制信号（若该位为1，表示该控制信号有效；若该位为0，表示此控制信号无效），因此，逐条执行每一条微指令，也就相应地完成了一条机器指令的全部操作。
每一条机器指令都与一个以操作性质命名的微程序对应（例如：取指周期，间址周期，中断周期，取数，存数，加法，跳转等）
控制程序中的微程序个数是：取指，间接寻址，中断控制的三个微程序加上对应的机器指令数

基本概念:
微命令＜微指令＜微程序=一条机器指令
微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，是最小单位。（相容性微命令/互斥性微命令）
微操作：执行部件接受微命令后所执行的操作
微指令：在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合（微操作码+微地址码 00010000）
微程序：一条机器指令的功能是由许多条微指令组成的序列来实现的。例如：取指微指令（操作相同）
微命令与微操作：微命令是微操作的控制信号，徵操作是微命令的执行过程。
微指令与微周期：微指令是若干微命令的集合，微周期指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应的微操作所需的时间。
主存储器与控制存储器：主存储器用于存放程序和数据，在CPU外部，用RAM实现；控制存储器(CM)用于存放微程序，在CPU内部，用ROM实现。
程序与微程序：程序是指令的有序集合，用于完成特定的功能；微程序是微指令的有序集合，一条指令的功能由一段微程序来实现

结构：
微地址形成部件：接收操作码字段，产生初始微地址和后续微地址，保证微指令连续执行
顺序逻辑：判断是否按照微地址取微程序（转移）输入与微地址形成部件，微指令的下地址字段，时钟以及外来的标志有关
CMAR微地址寄存器：用来存放欲读出的微指令地址，二进制编码
地址译码器：将地址码转换为存储单元控制信号
控制存储器（CM）：存放各指令对应的微程序
CMDR微数据寄存器：用来存放从控存读出的微指令

微指令的基本格式：操作控制字段+顺序控制字段
操作控制字段：发出各种控制信号 顺序控制字段：指出下条微指令的地址（简称下地址），以控制微指令序列的执行顺序。

编码方式：
1.直接编码
每一位代表一个微操作命令。某位为“1"表示控制信号有效（如打开某个控制门），某位为“0"表示控制信号无效（如不打开某个控制门）优点：简单、直观，执行速度快，操作并行性好。缺点：微指令字长过长，n个微命令就要求微指令的操作字段有n位，造成控存容量极大。
2.字段直接编码方式
这种方式就是将微指令的操作控制字段分成若干段，将一组互斥的微操作命令放在一个字段内，通过对这个字段译冯，便可对应每一个微命令。优点：可以缩短微指令字长。缺点：要通过译码电路后再发出微命令，比直接编码方式慢。
3.字段间接编码方式：
一个字段的某些微命令需由另一个字段中的某些微命令来解释，又称隐式编码。优点：可进一步缩短微指令字长。缺点：削弱了微指令的并行控制能力，作为字段直接编码方式的一种辅助手段

微命令字段分段的原则：
1.互斥性微命令分在同一段内，相容性微命令分在不同段内。
2.每个小段中包含的信息位不能太多，否则将增加译码线路的复杂性和译码时间。
3.一般每个小段还要留出一个状态表示木字段不发出任何微命令。因此，当某字段的长度为3位时，最多只能表示7个互斥的微命令，通常用000表示不操作。

微指令的地址形成方式
1．微指令的下地址字段指出微指令格式中设置一个下地址字段，由微指令的下地址字段直接指出后继微指令的地址，这种方式又称为断定方式。
2．根据机器指令的操作码形成当机器指令取至指令寄存器后，微指令的地址由操作码经微地址形成部件形成。