运算器和控制器功能作用(修改版)

总线接收器
总线发送器 状态寄存器
总线发送器
移位器
ALU
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锁存器A
锁存器B
源寄存器 暂存寄存器 通用寄存器
控制器 是整个计算机系统的指挥中心，协调并控制 计算机的各个部件执行程序的指令序列。 控 制 器 组合逻辑控制器（又称硬布线逻辑控制器）
微程序控制器
关系：运算器的操作和操作种类由控制器决定
微处理器 微处理器将运算器与控制器集成在一个芯片上， 通常称为中央处理单元（CPU—Central Processing Unit）。
存储据 信息 输入设备 输 入 指 令 数 据 存储器 存数据 运算器
取数据
程 序 指 令 存 取 指 令
输出数据
运算命令
输出设备 输出命令 控制器
4．控制程序和数据的输入与结果的输出
根据程序的安排并通过人的干预，在适当的时 候向输入/输出设备发出一些相应的命令来完成输入 /输出功能，这实际上也是通过执行程序来完成的。
5．对异常情况和某些请求的处理 当机器出现某些异常情况时，如溢出、校验错等， 或某些外来请求，如中断、DMA等，要进行相应的处 理。
运算器的组成 以一个模型机的运算器为例，说明运算器的组成。 该运算器由如下几部分构成： 1．算术/逻辑运算单元ALU 由4片SN74181和SN74182构成。 SN74181是4位并行加法器，SN74182是并行进 位部件。 可构成16位的ALU。
2．锁存器 锁存器A、B用来暂存来自通用寄存器、存储 器或外部设备的数据。给ALU提供参加运算的数据。 一旦数据进入锁存器，不管外部数据怎样变化， 都不能改变锁存器的内容。 ALU将依据锁存器A、B的数据进行处理。 3．通用寄存器组 通用寄存器可供程序员访问，用来作为累加器、 变址寄存器、操作数寄存器等来使用。
4．数据缓存寄存器DR
作为ALU运算结果和通用寄存器之间信息传送中 时间上的缓冲。 补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差 别。
5．状态寄存器PSW
状态寄存器用来存放在运算过程中得到的状态 标志（如零标志、进位标志、符号标志等），以便 供程序判断使用。
总线
模 型 机 运 算 器 组 成 框 图
• 控制器的组成
RESET CLK 启停电路 CLK2 脉冲源 程序计数器 +1 时序控制信号 形成部件 … 指令译码器 ID IR 操作码 地址码 指令 DR 操作数 地址 指令 地址
运算器
数据寄存器 地址寄存器 AR 数据 数据总线DB 地址总线AB 控制总线CB
存储器
I/O口
计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理 的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运 算器中。运算器的功能与分类 运算器的基本功能是完成对各种数据的加工 处理，比较数值，变更符号，计算主存地址等。运算器中的寄存器用于临 时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。运算器中还要设置相应的部 件，用来记录一次运算结果的特征情况，如是否溢出，结果的符号位，结 果是否为零等。
• 控制器的实现方式
在控制器信号发生器的设计实现方式上，有组 合逻辑和微程序两种不同方法。
1．组合逻辑
组合逻辑控制产生控制信号，优点是速度快， 但是设计复杂，指令功能的修改和扩展不方便，尤 其当指令系统变得复杂的时候。 2．微程序 微程序控制器采用类的程序控制方法微程序控 制设计方法规整，修改，扩充方便。易于实现机型 系列化，执行速度稍慢。
• 控制器的功能和基本组成 • 控制器的功能
控制器的作用是控制程序的执行，它应具有下 列功能。
1．取指令
根据程序入口地址，从存储器中取出一条指令， 并指出下条指令的地址。 取出的指令送到指令寄存器，以便分析运行该 指令。
2．分析指令 分析指令又叫解释指令或指令译码。
是对当前取得的指令进行分析，指出它要求完成 什么操作，并产生相应的操作控制命令。如果参与操 作的数据在存储器中，还要形成操作数地址。 3．执行指令 根据分析指令产生的控制命令和操作数地址，形 成相应的操作控制信号序列，通过运算器、存储器、 输入/输出设备的执行，实现每条指令的功能。 计算机不断重复上述三种操作：取指、分析、 执行；再取指、再分析、再执行……，如此循环， 直到遇到停机指令或外来干预为止。
运算器还暂存参加运算的数据和中间结果，选择 参加运算的数据，所以运算器内包含一定数目的通 用寄存器和多路选择器、译码电路等。 运 算 器 定点运算器 定点运算器用硬件直接实现， 是必备的运算器。 浮点运算器 浮点运算器又称为数学协处理 器，主要用硬件完成，是可选 件。
现在的高档微机已经把定点运算器和浮点运算 器集成在一个芯片中。
运算器部件： 是计算机加工处理数据的功能部件是 CPU的重要组成部分。 对数据的加工处理包括： 数值数据的算术运算： 加、减、乘、除、等； 逻辑数据的逻辑操作： 与、或、非、异或等。 运算器的核心功能： 实现算术运算和逻辑运算 算术逻辑单元ALU（Arithmetic-Logical Unit）： ALU是运算器中的核心部件。也是运算器内部传 送数据的重要通路。