组成原理(十三)：中央处理器之 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，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，再根据指令的要求指挥全机的工作。

1、控制器的基本组成

　　控制器的基本组成框图，控制器主要由以下几部分组成：

　　

1.1、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 程序计数器、指令寄存器、指令译码器、地址形成部件。

　　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后，才能识别出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。

　　地址形成部件，根据指令的不同寻址方式，形成操作数的有效地址。

1.2、时序部件

　　时序部件能产生一定的时序信号，保证机器的各功能部件有效的进行信息传送。时序部件包括以下部分：

脉冲源	用来产生具有一定频率和宽度的时钟脉冲信号，为真个机器提供基准信号。
启停控制逻辑	通过启停控制逻辑将计算机启动后，主时钟脉冲才允许进入，并启动节拍信号发生器开始工作。
节拍信号发生器	节拍信号发生器又称脉冲分配器。

　　脉源生成脉冲信号，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操作。

1.3、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基本的操作，不可再分割的操作称为微操作。

　　微操作发生器也称为控制单元(CU)。

1.4、中断控制逻辑

　　中断控制逻辑用来控制中断处理的硬件逻辑。

2、控制器的硬件实现方法

　　控制器的核心是微操作信号发生器 - 控制单元CU，控制单元外的特性框图如下：

　　

　　微操作控制信号是由指令部件提供的译码信号、时序部件提供的时序信号和被控制功能部件所反馈的状态及条件综合形成的。

　　控制单元的输入包括时序信号、机器指令操作码、各部件状态反馈信号等，输出的微操作控制信号又可细分为CPU内的控制信号和送至主存或外设的控制信号。

　　根据产生微操作控制信号的方式不同，控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合与存储逻辑结合型3中，根本区别在于控制单元的实现方法不同。

2.1、组合逻辑控制器

　　这种控制器也被称为常规控制器或硬连线控制器，采用组合逻辑技术实现，控制单元是由门电路组成的复杂树形网络。

2.2、存储逻辑型控制器

　　这种控制器也被称为微程序控制器，采用存储逻辑实现，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中，微操作控制信号由微指令产生。

2.3、组合逻辑和存储逻辑结合型控制器

　　这种控制器，也被称为可编程阵列(PLA)控制器，是组合逻辑技术和存储逻辑技术结合的产物。