CPU
控制器是指揮計算機的各個部件按照指令的功能要求協(xié)調(diào)工作的部件,是計算機的神經(jīng)中樞和指揮中心,由指令寄存器IR(InstructionRegister)、程序計數(shù)器PC(ProgramCounter)和操作控制器OC(OperationController)三個部件組成,對協(xié)調(diào)整個電腦有序工作極為重要。
指令寄存器:用以保存當(dāng)前執(zhí)行或即將執(zhí)行的指令的一種寄存器。指令內(nèi)包含有確定操作類型的操作碼和指出操作數(shù)來源或去向的地址。指令長度隨不同計算機而異,指令寄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寄存器中的指令后再執(zhí)行的。指令寄存器的輸人端接收來自存儲器的指令,指令寄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(zhí)行何種類型的操作;地址部分送到地址加法器生成有效地址后再送到存儲器,作為取數(shù)或存數(shù)的地址。
存儲器可以指主存、高速緩存或寄存器棧等用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時,先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)寄存器(DR)中,然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段,由二進制數(shù)字組成。為了執(zhí)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。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經(jīng)譯碼后,即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。
程序計數(shù)器:指明程序中下一次要執(zhí)行的指令地址的一種計數(shù)器,又稱指令計數(shù)器。它兼有指令地址寄存器和計數(shù)器的功能。當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢的時候,程序計數(shù)器作為指令地址寄存器,其內(nèi)容必須已經(jīng)改變成下一條指令的地址,從而使程序得以持續(xù)運行。
微程序控制器的組成:
1、控制存儲器(Control Memory)用來存放各機器指令對應(yīng)的微程序。譯碼器用來形成機器指令對應(yīng)的微程序的入口地址。當(dāng)將一條機器指令對應(yīng)的微程序的各條微指令逐條取出,并送到微指令寄存器時,其微操作命令也就按事先的設(shè)計發(fā)出,因而也就完成了一條機器指令的功能。對每一條機器指令都是如此。
2、微指令的寬度直接決定了微程序控制器的寬度。為了簡化控制存儲器,可采取一些措施來縮短微指令的寬度。如采用字段譯碼法一級分段譯碼。顯然,微指令的控制字段將大大縮短。,一些要同時產(chǎn)生的微操作命令不能安排在同一個字段中。為了進一步縮短控制字段,還可以將字段譯碼設(shè)計成兩級或多級。
1、指令寄存器用來存放正在執(zhí)行的指令。指令分成兩部分:操作碼和地址碼。操作碼用來指示指令的操作性質(zhì),如加法、減法等;地址碼給出本條指令的操作數(shù)地址或形成操作數(shù)地址的有關(guān)信息(這時通過地址形成電路來形成操作數(shù)地址)。有一種指令稱為轉(zhuǎn)移指令,它用來改變指令的正常執(zhí)行順序,這種指令的地址碼部分給出的是要轉(zhuǎn)去執(zhí)行的指令的地址。
2、操作碼譯碼器:用來對指令的操作碼進行譯碼,產(chǎn)生相應(yīng)的控制電平,完成分析指令的功能。
3、時序電路:用來產(chǎn)生時間標(biāo)志信號。在微型計算機中,時間標(biāo)志信號一般為三級:指令周期、總線周期和時鐘周期。微操作命令產(chǎn)生電路產(chǎn)生完成指令規(guī)定操作的各種微操作命令。這些命令產(chǎn)生的主要依據(jù)是時間標(biāo)志和指令的操作性質(zhì)。該電路實際是各微操作控制信號表達式(如上面的A→L表達式)的電路實現(xiàn),它是組合邏輯控制器中最為復(fù)雜的部分。
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