软考程序员资料：控制器的功能例题分析

2013年上半年软考指定教材

2013下半年软考培训：在线辅导 面授班

1.2.4计算机组成原理

2.控制器

(2)控制器的功能和组成例题分析

【例1-50】说明控制器在计算机中的地位和作用。

解：计算机是处理数据的一种机器，处理什么数据，怎么处理数据都是由控制器来控制的，因此，控制器是全机的指挥中心。

控制器具体功能包括：

①决定指令执行顺序，由控制器给出下条指令在存储器中存放的地址。

②分析本条指令的功能，执行什么运算，因为不同的操作发出的控制命令是不同的。

③控制指令执行过程，计算机各部件执行什么操作都是由控制器发出的控制命令来决定的。

④处理随机出现的各种异常状况。

【例1-51】说明指令部件的组成和功能。

解：指令部件包括指令计数器、指令寄存器、指令译码器，三个部件都直接与本条指令有关。

①指令计数器PC,又叫程序计数器，给出本条指令的地址，通常(PC)+丨给出下条指令地址，本条指令开始执行时，首先把(PC)送给主存地址寄存器，发读命令，即可取出本条指令。

②指令寄存器IR,主存取出指令后经数据总线送给控制器，将本条指令存放在指令寄存器中，在本条指令执行期间，指令寄存器的内容保持不变。

③指令译码器，指令取出后，必须辨认出本条指令是什么指令，以便发出不同控制命令，这一工作是由指令译码器完成的，关键是操作码译码器，把二进制的操作码翻译成相应指令的专门控制线上的控制电位，在该指令控制电位控制下发出若干专门操作控制信号，送给有关执行部件完成指令功能。

【例1-52】说明控制器的基本组成及功能。

解：①指令部件，包括指令计数器、指令寄存器、指令译码器。给出本条指令地址，保存本条指令并加以分析。

②时序系统，产生各种定时信号。用来决定控制信号的先后顺序。

③操作控制部件，产生各种操作控制命令。

④中断控制逻辑，处理各种随机事件。

【例1-53】说明计算机中时序电路的作用。

执行一条指令可划分成若干阶段，首先要取指令，指令未取出前，就不能分析指令，没有寻找到操作数的有效地址，就不能去取操作数，没有操作数就无法执行各种运算。每一个操作控制命令发出的时间顺序有严格规定，不能前后颠倒，为了保证操作控制命令的时间顺序。必须提供标志时间先后顺序的时序信号。

时序电路用来产生控制器需要的各种时间信号，通常包括表示取指令、分析指令、执行指令各个阶段的机器周期时间信号，在每个机器周期中又要分为若千节拍电位：每个节拍中包括工作脉件信号。

【例1-54】什么叫指令周期？什么叫机器周期（CPU周期）？什么叫节拍电位？什么叫工作脉冲？各有什么用途？

解：指令周期指从取指令开始完成一条指令所骷的全部时间。

按照指令执行过程划分成若干功能阶段.每一个阶段完成一定的功能操作，每一个阶段称为一个机器周期，又叫CPU周期，如完成取指令功能的阶段称为取指令周期，完成分析指令的功能阶段称分析指令周期，同理完成变址计算功能的阶段称变址周期.完成从主存取数的功能阶段叫取数周期，按操作码规定的要求完成规定运算的功能阶段称执行周期等。显然不同指令功能不同.需要的机器周期数目是不同的。

在每个机器周期（CPU周期）中，控制器发出若干操作控制命令控制有关部件完成规定的功能。这些控制命令也不是同时发出的，也是按照一定时间顺序发出的，如取指令周期，操作时必须先把PC中的指令地址送到内存的地址寄存器，然后才能发读内存的命令，最后才能把内存单元取出的指令送到控制器的指令寄存器，这几步操作前后次序也是不能颀倒的。为了表示机器周期内各控制命令的先后顺序，时序电路又提供了节拍电位信号，用来区分每个机器周期内的时间顺序关系。通常节拍电位的宽度与时钟周期一致，又称时钟周期。

工作脉冲。在每一个节拍期间可能要执行寄存器接收数据的工作，因此还需提供打入脉冲，对应某个节拍特定的时间脉冲.称为工作脉冲。工作脉冲的宽度与时钟脉冲一致。

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