第 5章 控制器组成原理本章主要内容：
本章讲述控制器的基本组成,基本功能,
硬布线控制器的组成原理与实现方法,微程序控制器的组成原理与实现方法及控制器的控制方式等内容 。 要求重点掌握两种控制器的实现方法 。
5.1 控制器的基本功能及结构
5.2 指令的执行过程
5.3 硬布线控制器的组成原理与实现方法
5.4 微程序控制器的组成原理与实现方法
5.5 控制器的控制方式
5.1 控制器的基本功能及结构
5.1.1 控制器的功能
1,取指令
2,分析指令
3,执行指令
4,控制程序和数据的输入与结果输出
5,随机事件和某些特殊请求的处理
5.1.2 控制器的基本组成
I/O 状态信息
…
程序状态字寄存器来 自 A L U
节拍发生器启 停 线 路脉 冲 源译 码 器操 作 码 地 址 码微 操 作 序 列 形 成 部 件地 址 形 成 电 路程 序 计 数 器 P C
+ △
送 M A R
或 ALU
中 断 机 构中 断 源微 操 作 序 列
……………………………………
…
…
图 5-1 控制器基本组成框图
1,指令部件
2,时序部件
3,微操作信号发生器
4,中断机构
5.2 指令的执行过程
5.2.1 时序系统
1,指令周期和机器周期
2,节拍
3,工作脉冲
5.2.2 指令的执行过程
1,取指令
2,分析指令
3,执行指令
5.2.3 指令的执行过程举例
1,数据通路
2,加法指令 ADD R1,[NUM]
3,转移指令 JZ A
5.3 硬布线控制器的组成原理与实现方法
5.3.1 硬布线控制器的组成原理
1,绘制指令流程图
2,安排指令操作时间表
3,安排微命令表
4．进行微操作逻辑综合
5,实现电路
5.3.2 硬布线控制器的设计实例
1,模型机的数据通路
2,模型机的指令系统
3,绘制指令流程图
4,安排指令的操作时间表
5,安排指令的微命令表
6,进行微操作信号综合
7,实现电路图 5-8 微操作控制信号 CE的逻辑实现图
T5
T6
T2
T1
T0
T3
T4
T7
CE
指令寄存器指令译码器节拍发生器
IN
ADD
ST A
OUT
JMP
≥ 1
+ 1
+ 1
≥ 1
5.4 微程序控制器的组成原理与实现方法
5.4.1 微程序控制器的基本原理
1．有关的术语和概念
（ 1）微命令。 （ 2）微操作。
（ 3）微指令。 （ 4）微周期。
（ 5）微程序。
2,微程序控制器的组成原理框图图 5-9 微程序控制器的组成原理框图操作码地址码地 址 转 移逻 辑微地址寄存器地址译码控 制存 储 器操作控制字段
IR
顺序控制字段微命令信号微程序入口
（ 1） 控制存储器
（ 2） 微指令寄存器
（ 2） 微地址寄存器
（ 4） 地址转移逻辑
3,微程序控制器执行过程描述
5.4.2 微程序设计的技术问题
1,微指令编码法
（ 1） 直接控制法
（ 2） 最短字长编码
（ 3） 分段直接编码
（ 4） 分段间接编码
2,微指令格式
（ 1） 水平型微指令
（ 2） 垂直型微指令
（ 3） 混合型微指令
3,微地址的形成方式
（ 1） 微程序入口地址的确定
（ 2） 后继微地址的产生
4,微指令的执行方式
（ 1） 串行方式图 5-14 微指令的串行执行过程取微指令 K 执行微指令 K
第 K 条微指令周期 第 K +1 条微指令周期
（ 2） 并行方式图 5-15 微指令的并行执行过程取微指令 K 执行微指令 K
第 K 条微指令周期取微指令 K +1 执行微指令 K +1
取微指令 K +2 执行微指令 K +2
5,微指令格式设计举例
5.4.3 微程序控制器的设计实例
（ 1） 模型机的数据通路 （ 见 5.3.2节 ）
（ 2） 模型机的指令系统 （ 见 5.3.2节 ）
（ 3） 绘制微程序流程图
（ 4） 设计微指令格式
（ 5） 将微程序代码化
5.5 控制器的控制方式
1,同步控制方式图 5-18 同步控制方式
…
C L O C K
微操作 1
微操作 2
微操作 3
… …
微操作 15
2,异步控制方式图 5-19 异步控制方式准备命令 1
微操作 1
回答 1
准备命令 2
微操作 2
回答 2
准备命令 3
微操作 3
…… ……
3,联合控制方式
本章讲述控制器的基本组成,基本功能,
硬布线控制器的组成原理与实现方法,微程序控制器的组成原理与实现方法及控制器的控制方式等内容 。 要求重点掌握两种控制器的实现方法 。
5.1 控制器的基本功能及结构
5.2 指令的执行过程
5.3 硬布线控制器的组成原理与实现方法
5.4 微程序控制器的组成原理与实现方法
5.5 控制器的控制方式
5.1 控制器的基本功能及结构
5.1.1 控制器的功能
1,取指令
2,分析指令
3,执行指令
4,控制程序和数据的输入与结果输出
5,随机事件和某些特殊请求的处理
5.1.2 控制器的基本组成
I/O 状态信息
…
程序状态字寄存器来 自 A L U
节拍发生器启 停 线 路脉 冲 源译 码 器操 作 码 地 址 码微 操 作 序 列 形 成 部 件地 址 形 成 电 路程 序 计 数 器 P C
+ △
送 M A R
或 ALU
中 断 机 构中 断 源微 操 作 序 列
……………………………………
…
…
图 5-1 控制器基本组成框图
1,指令部件
2,时序部件
3,微操作信号发生器
4,中断机构
5.2 指令的执行过程
5.2.1 时序系统
1,指令周期和机器周期
2,节拍
3,工作脉冲
5.2.2 指令的执行过程
1,取指令
2,分析指令
3,执行指令
5.2.3 指令的执行过程举例
1,数据通路
2,加法指令 ADD R1,[NUM]
3,转移指令 JZ A
5.3 硬布线控制器的组成原理与实现方法
5.3.1 硬布线控制器的组成原理
1,绘制指令流程图
2,安排指令操作时间表
3,安排微命令表
4．进行微操作逻辑综合
5,实现电路
5.3.2 硬布线控制器的设计实例
1,模型机的数据通路
2,模型机的指令系统
3,绘制指令流程图
4,安排指令的操作时间表
5,安排指令的微命令表
6,进行微操作信号综合
7,实现电路图 5-8 微操作控制信号 CE的逻辑实现图
T5
T6
T2
T1
T0
T3
T4
T7
CE
指令寄存器指令译码器节拍发生器
IN
ADD
ST A
OUT
JMP
≥ 1
+ 1
+ 1
≥ 1
5.4 微程序控制器的组成原理与实现方法
5.4.1 微程序控制器的基本原理
1．有关的术语和概念
（ 1）微命令。 （ 2）微操作。
（ 3）微指令。 （ 4）微周期。
（ 5）微程序。
2,微程序控制器的组成原理框图图 5-9 微程序控制器的组成原理框图操作码地址码地 址 转 移逻 辑微地址寄存器地址译码控 制存 储 器操作控制字段
IR
顺序控制字段微命令信号微程序入口
（ 1） 控制存储器
（ 2） 微指令寄存器
（ 2） 微地址寄存器
（ 4） 地址转移逻辑
3,微程序控制器执行过程描述
5.4.2 微程序设计的技术问题
1,微指令编码法
（ 1） 直接控制法
（ 2） 最短字长编码
（ 3） 分段直接编码
（ 4） 分段间接编码
2,微指令格式
（ 1） 水平型微指令
（ 2） 垂直型微指令
（ 3） 混合型微指令
3,微地址的形成方式
（ 1） 微程序入口地址的确定
（ 2） 后继微地址的产生
4,微指令的执行方式
（ 1） 串行方式图 5-14 微指令的串行执行过程取微指令 K 执行微指令 K
第 K 条微指令周期 第 K +1 条微指令周期
（ 2） 并行方式图 5-15 微指令的并行执行过程取微指令 K 执行微指令 K
第 K 条微指令周期取微指令 K +1 执行微指令 K +1
取微指令 K +2 执行微指令 K +2
5,微指令格式设计举例
5.4.3 微程序控制器的设计实例
（ 1） 模型机的数据通路 （ 见 5.3.2节 ）
（ 2） 模型机的指令系统 （ 见 5.3.2节 ）
（ 3） 绘制微程序流程图
（ 4） 设计微指令格式
（ 5） 将微程序代码化
5.5 控制器的控制方式
1,同步控制方式图 5-18 同步控制方式
…
C L O C K
微操作 1
微操作 2
微操作 3
… …
微操作 15
2,异步控制方式图 5-19 异步控制方式准备命令 1
微操作 1
回答 1
准备命令 2
微操作 2
回答 2
准备命令 3
微操作 3
…… ……
3,联合控制方式
