计算机组成原理控制器.

+1 送M或ALU
运行状态
译 码
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地址形成
D
OP PSW
IR IR
来自M
指令计数器PC
功能： 指示指令在M中的位置。 PC本身+1 顺序执行 ALU+1 转移执行: PC先+1，再用转移地址修改PC
CPU中的主要寄存器
3、地址寄存器AR 保存当前CPU所访问内存单元的地址
AR结构同DR、IR，使用单纯的寄存器结构
寻址方式
微命令发生器
决定操 作性质
地址码字段
地址形成部件
D
操作数地址 转移地址
CPU中的主要寄存器
2、程序计数器PC
存放指令在存储器中的地址 程序开始执行前，将起始地址(第一条指令地址) →PC

PC应具有寄存信息和计数两种功能
微命令序列 I/O状态 控制台信息
送M
PC 微命令 发生器 时序 …...
微命令序列 I/O状态 控制台信息
送M
PC 微命令 发生器 时序 …... 译 码
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地址形成
D
OP PSW
IR
来自M
程序状态寄存器PSW
功能： 指示程序运行方式，反映程序运行结果。 例. 某机的PSW
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
工作方式
优先级
T
N
Z
PC 微命令 发生器 时序 …... 译 码
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运行状态
地址形成
D
OP PSW
信息的存入一般采用电位(电平)-脉冲方式 (电平输入端对应数据信息位，脉冲输入端对应 控制信号，在控制信号作用下，瞬时将信息打入 寄存器)
CPU中的主要寄存器
4、数据缓冲寄存器DR 暂时存放：
①由存储器读出的一条指令或一个数据字
②向存储器存入的一个数据字
CPU与M、I/O之间信息传送的中转站，补偿速 度差别
V
C
15
12
11
8 7
6
5
4
3
2
1
0
工作方式
优先级
T
N
Z
V
C
（1）条件码 反映程序运行结果
（2）跟踪标志
为程序查错设置 的断点标志T。 T=1, 执行跟踪程序
C=1 V=1 Z=1 N=1
进位 溢出 结果为0 结果为负
程序 初始化置T为1 测试T ... ... 跟踪程序 …..
15
12
11
8 7
控制器实现方法
(1) 常规组合逻辑法(或称随机逻辑法)； 方法是按逻辑代数的运算规则，以组合电路最小化 为原则，用逻辑门电路实现； (2) 可编程逻辑阵列(PLA)法； 与前者本质相同，用大规模集成电路(LSI)来实现。 (3)微程序控制逻辑法。 将程序设计的思想方法引入控制器的控制逻辑；
将各种操作控制信号以编码信息字的形式存入控制 存储器中（CM）； 一条机器指令对应一道微程序， 机器指令执行的过程就是微程序执行的过程。
微命令 发生器 时序 …... 译 码
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OP PSW
IR
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微命令发生器
功能： 产生全机所需的各种微命令
控制最基本的操作(微操作)的命令
电位型 脉冲型
构成微命令发生器
二、运算器
对数据进行加工处理，它的操作由控制器发来
的控制信号控制执行算逻运算。
CPU中的主要寄存器

IR


PC
AR DR AC PSW
CPU中的主要寄存器
1、指令寄存器IR
存放现行指令 指令从存储器中取出→数据缓冲寄存器DR→IR
微命令序列 I/O状态 控制台信息
送M
PC 微命令 发生器 时序
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D
OP PSW
IR
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功能： 存放现行指令。 译码器 操作码字段
在单累加器结构的运算器中，可兼作操作数寄 存器
CPU中的主要寄存器
5、累加寄存器AC • 即累加器，是一个通用寄存器 • 为ALU的算逻运算提供一个工作区 • ALU两个输入端加入多路开关或三态门或选择
器，以便选择输入
CPU中的主要寄存器
6、 程序状态寄存器PSW 指示程序工作方式、反映程序运行结果 PSW与控制/状态寄存器有何区别？ PSW在CPU中，反映程序运行状态；控制/状 态字在接口中,反映CPU命令、设备状态。
控制器的基本功能
控制器的基本功能就是负责指令的读出，进
行识别和解释，并指挥协调各功能部件执行指令。
程序控制原理
1、编程 2、送存储器（通过输入设备） 3、机器工作时，是按一定的序列逐条取出指令，分 析指令，执行指令，并自动转到下一条指令执行，
直到程序规定的任务完成。
4、程序控制由控制器承担，程序存储由存储器完成。
控 制 器
CPU的基本功能
（1）程序控制
保证机器按一定顺序执行程序是CPU的首要任务。 （2）操作控制 一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合 来实现的。
（3）时间控制
对各种操作实施时间上的控制称为时间控制。 各种指令的操作信号均受到时间的严格控制； 一条指令的整个执行过程也受到时间的严格控制。 （4）数据加工
33
CPU组成
一、控制器组成：PC、IR、指令译码器、程序 状态寄存器PSW、时序产生器、微命令发生器（操作 控制器） 送M
微命令序列
I/O状态
控制台信息 运行状态
PC 微命令 发生器 译 码
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D
送M或ALU
OP
PSW 时序
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微命令序列 I/O状态 控制台信息
送M
PC
PC
微命令 发生器 时序
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OP PSW
IR
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时序产生器
功能： 控制操作时间和操作时刻。
产生脉冲型微命令，控制定时操作
工作脉冲
振荡器
时钟脉冲
分频器
时钟周期(节拍)
产生电位型微命令，控制操作时间段
指令执行过程
微命令序列 I/O状态 控制台信息
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CPU数据通路结构
内总线(单向)
ABUS DBUS CBUS
AR(MAR)
移位器 ALU
A选择器
…… R0-R3
暂存器C、D
R0
. . .
I/O接口
R3
DR(MDR, MBR)
M
……
I/O
C B选择器 D
…… R0-R3
暂存器C、D
IR
控制 线路
PC SP
PSW
AC
PC,SP AC
PSW DR(MBR)
6
5
4
3
2
1
0
工作方式 （3）优先级
优先级
T
N
Z
V
C
为现行程序赋予优先级别，以决定是否响应外部中 断请求。 程序优先级高于外部优先级，不响应
程序优先级低于外部优先级，可响应 （4）工作方式 规定程序的特权级。 用户方式：禁止程序执行某些指令 核心方式：允许程序执行所有指令
时序线路
微命令序列 I/O状态 控制台信息 送M