計算機控制器的組成與工作原理

2021-08-04 18:57:08 字數 4929 閱讀 3653

1樓:匿名使用者

計算機控制系統是整個計算機系統的控制中心,它指揮計算機各部分協調地工作,保證計算機按照預先規定的目標和步驟有條不紊地進行操作及處理。

【組成】

控制器是整個cpu的指揮控制中心,由指令暫存器ir(instructionregister)、程式計數器pc(programcounter)和操作控制器0c(operationcontroller)三個部件組成,對協調整個電腦有序工作極為重要。指令暫存器指令暫存器:用以儲存當前執行或即將執行的指令的一種暫存器。

指令內包含有確定操作型別的操作碼和指出運算元**或去向的地址。指令長度隨不同計算機而異,指令暫存器的長度也隨之而異。計算機的所有操作都是通過分析存放在指令暫存器中的指令後再執行的。

指令暫存器的輸人端接收來自儲存器的指令,指令暫存器的輸出端分為兩部分。操作碼部分送到譯碼電路進行分析,指出本指令該執行何種型別的操作;地址部分送到地址加法器生成有效地址後再送到儲存器,作為取數或存數的地址。儲存器可以指主存、快取記憶體或暫存器棧等用來儲存當前正在執行的一條指令。

當執行一條指令時,先把它從記憶體取到資料暫存器(dr)中,然後再傳送至ir。指令劃分為操作碼和地址碼欄位,由二進位制數字組成。為了執行任何給定的指令,必須對操作碼進行測試,以便識別所要求的操作。

指令譯碼器就是做這項工作的。指令暫存器中操作碼欄位的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經譯碼後,即可向操作控制器發出具體操作的特定訊號。

程式計數器:指明程式中下一次要執行的指令地址的一種計數器,又稱指令計數器。它兼有指令地址暫存器和計數器的功能。

當一條指令執行完畢的時候,程式計數器作為指令地址暫存器,其內容必須已經改變成下一條指令的地址,從而使程式得以持續執行。為此可採取以下兩種辦法:

第一種辦法是在指令中包含了下一條指令的地址。在指令執行過程中將這個地址送人指令地址暫存器即可達到程式持續執行的目的。這個方法適用於早期以磁鼓、延遲線等序列裝置作為主儲存器的計算機。

根據本條指令的執行時間恰當地決定下一條指令的地址就可以縮短讀取下一條指令的等待時間,從而收到提高程式執行速度的效果。

第二種辦法是順序執行指令。一個程式由若干個程式段組成,每個程式段的指令可以設計成順序地存放在儲存器之中,所以只要指令地址暫存器兼有計數功能,在執行指令的過程中進行計數,自動加一個增量,就可以形成下一條指令的地址,從而達到順序執行指令的目的。這個辦法適用於以隨機儲存器作為主儲存器的計算機。

當程式的執行需要從一個程式段轉向另一個程式段時,可以利用轉移指令來實現。轉移指令中包含了即將轉去的程式段入口指令的地址。執行轉移指令時將這個地址送人程式計數器(此時只作為指令地址暫存器,不計數)作為下一條指令的地址,從而達到轉移程式段的目的。

子程式的呼叫、中斷和陷阱的處理等都用類似的方法。在隨機存取儲存器普及以後,

第二種辦法的整體執行效果大大地優於第一種辦法,因而順序執行指令已經成為主流計算機普遍採用的辦法,程式計數器就成為**處理器不可或缺的一個控制部件

控制器圖冊

操作控制器

cpu內的每個功能部件都完成一定的特定功能。資訊在各部件之間傳送及資料的流動控制部件的實現。通常把許多數字部件之間傳送資訊的通路稱為「資料通路」。

資訊從什麼地方開始,中間經過哪個暫存器或多路開關,最後傳到哪個暫存器,都要加以控制。在各暫存器之間建立資料通路的任務,是由稱為「操作控制器」的部件來完成的。

操作控制器的功能就是根據指令操作碼和時序訊號,產生各種操作控制訊號,以便正確地建立資料通路,從而完成取指令和執行指令的控制。

【分類】

控制器分組合邏輯控制器和微程式控制器,兩種控制器各有長處和短處。組合邏輯控制器設計麻煩,結構複雜,一旦設計完成,就不能再修改或擴充,但它的速度快。微程式控制器設計方便,結構簡單,修改或擴充都方便,修改一條機器指令的功能,只需重編所對應的微程式;要增加一條機器指令,只需在控制儲存器中增加一段微程式,但是,它是通過執行一段微程。

具體對比如下:組合邏輯控制器又稱硬佈線控制器,由邏輯電路構成,完全靠硬體來實現指令的功能

【工作原理】

有兩種由於設計方法不同因而結構也不同的控制器。微操作是指不可再分解的操作,進行微操作總是需要相應的控制訊號(稱為微操作控制訊號或微操作命令)。

一臺數字計算機基本上可以劃分為兩大部分---控制部件和執行部件。控制器就是控制部件,而運算器、儲存器、外圍裝置相對控制器來說就是執行部件。控制部件與執行部件的一種聯絡就是通過控制線。

控制部件通過控制線向執行部件發出各種控制命令,通常這種控制命令叫做微命令,而執行部件接受微命令後所執行的操作就叫做微操作。控制部件與執行部件之間的另一種聯絡就是反饋資訊。執行部件通過反饋線向控制部件反映操作情況,以便使得控制部件根據執行部件的狀態來下達新的微命令,這也叫做「狀態測試」。

微操作在執行部件中是組基本的操作。由於資料通路的結構關係,微操作可分為相容性和相斥性兩種。

在機器的一個cpu週期中,一組實現一定操作功能的微命令的組合,構成一條微指令。一般的微指令格式由操作控制和順序控制兩部分構成。操作控制部分用來發出管理和指揮全機工作的控制訊號。

其順序控制部分用來決定產生下一個微指令的地址。事實上一條機器指令的功能是由許多條微指令組成的序列來實現的。這個微指令序列通常叫做微程式。

既然微程式是有微指令組成的,那麼當執行當前的一條微指令的時候。必須指出後繼微指令的地址,以便當前一條微指令執行完畢以後,取下一條微指令執行。

【參考】

2樓:泰和數控

計算機控制器是整個cpu的指揮控制中心,由指令暫存器ir(instructionregister)、程式計數器pc(programcounter)和操作控制器0c(operationcontroller)三個部件組成,對協調整個電腦有序工作極為重要。 指令暫存器 指令暫存器:用以儲存當前執行或即將執行的指令的一種暫存器。

指令內包含有確定操作型別的操作碼和指出運算元**或去向的地址。指令長度隨不同計算機而異,指令暫存器的長度也隨之而異。計算機的所有操作都是通過分析存放在指令暫存器中的指令後再執行的。

指令暫存器的輸人端接收來自儲存器的指令,指令暫存器的輸出端分為兩部分。操作碼部分送到譯碼電路進行分析,指出本指令該執行何種型別的操作;地址部分送到地址加法器生成有效地址後再送到儲存器,作為取數或存數的地址。儲存 [控制器] 控制器 器可以指主存、快取記憶體或暫存器棧等用來儲存當前正在執行的一條指令。

當執行一條指令時,先把它從記憶體取到資料暫存器(dr)中,然後再傳送至ir。指令劃分為操作碼和地址碼欄位,由二進位制數字組成。為了執行任何給定的指令,必須對操作碼進行測試,以便識別所要求的操作。

指令譯碼器就是做這項工作的。指令暫存器中操作碼欄位的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經譯碼後,即可向操作控制器發出具體操作的特定訊號。

程式計數器 程式計數器:指明程式中下一次要執行的指令地址的一種計數器,又稱指令計數器。它兼有指令地址暫存器和計數器的功能。

當一條指令執行完畢的時候,程式計數器作為指令地址暫存器,其內容必須已經改變成下一條指令的地址,從而使程式得以持續執行。為此可採取以下兩種辦法: 第一種辦法是在指令中包含了下一條指令的地址。

在指令執行過程中將這個地址送人指令地址暫存器即可達到程式持續執行的目的。這個方法適用於早期以磁鼓、延遲線等序列裝置作為主儲存器的計算機。根據本條指令的執行時間恰當地決定下一條指令的地址就可以縮短讀取下一條指令的等待時間,從而收到提高程式執行速度的效果。

第二種辦法是順序執行指令。一個程式由若干個程式段組成,每個程式段的指令可以設計成順序地存放在儲存器之中,所以只要指令地址暫存器兼有計數功能,在執行指令的過程中進行計數,自動加一個增量,就可以形成下一條指令的地址 [控制器] 控制器 ,從而達到順序執行指令的目的。這個辦法適用於以隨機儲存器作為主儲存器的計算機。

當程式的執行需要從一個程式段轉向另一個程式段時,可以利用轉移指令來實現。轉移指令中包含了即將轉去的程式段入口指令的地址。執行轉移指令時將這個地址送人程式計數器(此時只作為指令地址暫存器,不計數)作為下一條指令的地址,從而達到轉移程式段的目的。

子程式的呼叫、中斷和陷阱的處理等都用類似的方法。在隨機存取儲存器普及以後,第二種辦法的整體執行效果大大地優於第一種辦法,因而順序執行指令已經成為主流計算機普遍採用的辦法,程式計數器就成為**處理器不可或缺的一個控制部件 操作控制器 cpu內的每個功能部件都完成一定的特定功能。資訊在各部件之間傳送及資料的流動控制部件的實現。

通常把許多數字部件之間傳送資訊的通路稱為「資料通路」。資訊從什麼地方開始,中間經過哪個暫存器或多路開關,最後傳到哪個暫存器,都要加以控制。在各暫存器之間建立資料通路的任務,是由稱為「操作控制器」的部件來完成的。

操作控制器的功能就是根據指令操作碼和時序訊號,產生各種操作控制訊號,以便正確地建立資料通路,從而完成取指令和執行指令的控制。 工作原理 有兩種由於設計方法不同因而結構也不同的控制器。微操作是指不可再分解的操作,進行微操作總是需要相應的控制訊號(稱為微操作控制訊號或微操作命令)。

一臺數字計算機基本上可以劃分為兩大部分---控制部件和執行部件。控制器就是控制部件,而運算器、儲存器、外圍裝置相對控制器來說就是執行部件。控制部件與執行部件的一種聯絡就是通過控制線。

控制部件通過控制線向執行部件發出各種控制命令,通常這種控制命令叫做微命令,而執行部件接受微命令後所執行的操作就叫做微操作。控制部件與執行部件之間的另一種聯絡就是反饋資訊。執行部件通過反饋線向控制部件反映操作情況,以便使得控制部件根據執行部件的狀態來下達新的微命令,這也叫做「狀態測試」。

微操作在執行部件中是組基本的操作。由於資料通路的結構關係,微操作可分為 [控制器] 控制器 相容性和相斥性兩種。在機器的一個cpu週期中,一組實現一定操作功能的微命令的組合,構成一條微指令。

一般的微指令格式由操作控制和順序控制兩部分構成。操作控制部分用來發出管理和指揮全機工作的控制訊號。其順序控制部分用來決定產生下一個微指令的地址。

事實上一條機器指令的功能是由許多條微指令組成的序列來實現的。這個微指令序列通常叫做微程式。既然微程式是有微指令組成的,那麼當執行當前的一條微指令的時候。

必須指出後繼微指令的地址,以便當前一條微指令執行完畢以後,取下一條微指令執行。

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