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控制器有哪些基本功能?可分為哪幾類?

2020-04-09 14:00:40

控制器是整個CPU的命令和控制中心。 它由三部分組成:指令寄存器IR,程序計數器PC和操作控制器0C。 這對于協調整個計算機的有序工作非常重要。

指令寄存器

指令寄存器:一種類型的寄存器,用于保存當前正在執行或即將執行的指令。 該指令包含用于確定操作類型的操作代碼以及指示操作數源或目標的地址。 指令長度因計算機而異,并且指令寄存器的長度也不同。 在分析了指令寄存器中存儲的指令之后,將執行計算機的所有操作。 指令寄存器的輸入端從存儲器接收指令,指令寄存器的輸出端分為兩部分。 操作碼部分發送到解碼電路進行分析,指示該指令應執行哪種類型的操作; 地址部分被發送到地址加法器以生成有效地址,然后作為獲取或存儲數字的地址發送到內存。

控制器

寄存器可以引用主存儲器,高速緩存或寄存器堆棧等,用于保存當前正在執行的指令。 執行一條指令時,首先要從內部將其訪問到數據寄存器(DR)中,然后再傳輸到IR中。 指令分為操作碼和地址碼字段,由二進制數字組成。 為了執行任何給定的指令,必須對操作碼進行測試以識別所需的操作。 指令解碼器完成這項工作。 指令寄存器中操作碼字段的輸出是指令解碼器的輸入。 一旦操作碼被解碼,就可以將用于特定操作的特定信號發送到操作控制器。

程序計數器

程序計數器:一個計數器,它指定程序中接下來要執行的指令的地址。 它具有指令地址寄存器和計數器的功能。 當執行一條指令時,程序計數器用作指令地址寄存器,并且其內容必須已更改為下一條指令的地址,以便程序可以繼續運行。 為此,可以采用以下兩種方法:

  一種方法是在指令中包括下一條指令的地址。 在指令執行期間將該地址發送到指令地址寄存器可以實現連續程序操作的目的。 此方法適用于以串行設備(例如磁鼓和延遲線)為主內存的早期計算機。 通過根據該指令的執行時間適當地確定下一指令的地址,可以縮短讀取下一指令的等待時間,從而獲得提高程序運行速度的效果。

  二種方法是順序執行指令。 一個程序由幾個程序段組成,每個程序段的指令可以設計為順序存儲在存儲器中,因此,只要指令地址寄存器還具有計數功能,它就會在指令執行期間自動計數 增加一個增量,您可以形成下一條指令的地址

  控制者從而達到順序執行指令的目的。 此方法適用于以RAM為主要內存的計算機。 當程序的操作需要從一個程序段轉移到另一個程序段時,可以通過使用傳輸指令來實現。 分支指令包含要傳送的塊的輸入指令的地址。 當執行傳輸指令時,該地址作為下一條指令的地址發送到程序計數器(此時僅用作指令地址寄存器,不進行計數),以達到傳輸程序段的目的。 子例程調用,中斷和陷阱的處理方式相似。 在隨機存取存儲器流行之后,第二種方法的整體效果比前一種方法好得多,因此指令的順序執行已成為主流計算機的流行方法,并且程序計數器已成為中央處理器不可或缺的一部分 。 控制組件

  操作控制器

  CPU中的每個功能組件都執行某些特定功能。 組件之間的信息傳遞和數據流控制組件的實現。 在許多數字組件之間傳輸信息的路徑通常稱為“數據路徑”。 必須控制信息從何處開始,哪個寄存器或多路開關在中間傳遞,Z后傳遞到哪個寄存器。 在寄存器之間建立數據路徑的任務由稱為“操作控制器”的組件完成。

  操作控制器的功能是根據指令操作碼和時序信號產生各種操作控制信號,以正確建立數據路徑,從而完成取指令和執行指令的控制。


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