中央处理器CPU——控制器

控制器是计算机系统的指挥中心，控制器的主要功能有：
1）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。
2）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。
3）指挥并控制CPU、主存、输入和输出设备之间的数据流动方向。

控制单元的输入与输出：
输入：
（1）指令寄存器：OP(IR)一>CU控制信号的产生与操作码有关
（2）时钟：一个时钟脉冲发一个操作命令或一组需要同时执行的操作命令
（3）标志：如条件转移指令，根据相应的标志位决定下一步操作
（4）外来信号：如：中断请求信号INTR 总线请求信号HRQ
输出：
（1）CPU内部的控制信号
寄存器之间的数据传输、pc的修改、控制ALU进行相应的运算
（2）到控制总线的控制信号
到存储器：访存控制信号、读命令、写命令
到I/O设备：访问I/O设备的控制信号
中断响应信号INTA、总线响应信号HLDA

CPU的控制方式：产生不同微操作命令序列所用的时序控制方式。
1.同步控制方式
整个系统所有的控制信号均来自一个统一的时钟信号。
同步控制万式的优点是控制电路简单，缺点是运行速度慢。
2.异步控制方式
异步控制方式不存在基准时标信号。
各部件按自身固有的速度工作，通过应答方式进行联络。
异步控制方式的优点是运行速度快，缺点是控制电路比较复杂。
3·联合控制方式
对各种不同的指令的微操作实行大部分采用同步控制、小部分采
用异步控制的办法。

安排微操作时序的原则
原则一：微操作的先后顺序不得随意更改
原则二：被控对象不同的微操作尽量安排在一个节拍内完成
原则三：占用时间较短的微操作尽量安排在一个节拍内完成
并允许有先后顺序

微命令＜微指令＜微程序=一条机器指令
微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，是最小单位
相容性微命令 互斥性微命令
微操作：执行部件接受微命令后所执行的操作
微指令：在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合
微操作码+微地址码 00010000
微程序：一条机器指令的功能是由许多条微指令组成的序列来实现的
例如：取指微指令（操作相同）

硬布线原理：微操作控制信号由组合逻辑电路根据当前指令码，状态和时序，即时产生
微程序原理：将控制器所需的微命令以代码形式编成微指令，存入一个由ROM构成的控制存储器（CM）中。将各种机器指令的操作分解成若干微操作序列。每条微指令包含的微命令控制实现一步操作。若干条微指令组成一小段微程序，解释执行一条机器指令。

基本概念:
1.微命令与微操作：微命令是微操作的控制信号，徵操作是微命令的执行过程。
2.微指令与微周期：微指令是若干微命令的集合，徵周期指从控制存储器中读取一条
微指令并执行相应的微操作所需的时间。
3．主存储器与控制存储器：主存储器用于存放程序和数据，在CPU外部，用RAM实现；控制存储器(CM)用于存放微程序，在CPU内部，用ROM实现。
4．程序与微程序
程序是指令的有序集合，用于完成特定的功能；微程序是微指令的有序集合，一条指令的功能由一段微程序来实现

原理：与存储程序相类似的方法，解决微操作命令序列的形成。
将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微序包含若条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令。然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每个微程序中的微指令。由于这些微指令是以二进制代码形式表示的，每位代表一个控制信号（若该位为1，表示该控制信号有效；若该位为0，表示此控制信号无效），因此，逐条执行每一条微指令，也就相应地完成了一条机器指令的全部操作。
每一条机器指令都与一个以操作性质命名的微程序对应（例如：取指周期，间址周期，中断周期，取数，存数，加法，跳转等）
控制程序中的微程序个数是：取指，间接寻址，中断控制的三个微程序加上对应的机器指令数

微地址形成部件：接收操作码字段，产生初始微地址和后续微地址，保证微指令连续执行
顺序逻辑：判断是否按照微地址取微程序（转移）输入与微地址形成部件，微指令的下地址字段，时钟以及外来的标志有关
CMAR微地址寄存器：用来存放欲读出的微指令地址，二进制编码
地址译码器：将地址码转换为存储单元控制信号
控制存储器（CM）：存放各指令对应的微程序
CMDR微数据寄存器：用来存放从控存读出的微指令

微指令的基本格式：操作控制字段+顺序控制字段
操作控制字段：发出各种控制信号
顺序控制字段：指出下条微指令的地址（简称下地址），以控制微指令序列的执行顺序。

编码方式：
1.直接编码
每一位代表一个微操作命令。某位为“1"表示控制信号有效（如打开某个控制门），某位为“0"表示控制信号无效（如不打开某个控制门）
优点：简单、直观，执行速度快，操作并行性好。
缺点：微指令字长过长，n个微命令就要求微指令的操作字段有n位，造成控存容量极大。
2.字段直接编码方式
这种方式就是将微指令的操作控制字段分成若干段，将一组互斥的微操作命令放在一个字段内，通过对这个字段译冯，便可对应每一个微命令
优点：可以缩短微指令字长。
缺点：要通过译码电路后再发出微命令，比直接编码方式慢。
微命令字段分段的原则：
1.互斥性微命令分在同一段内，相容性微命令分在不同段内。
2.每个小段中包含的信息位不能太多，否则将增加译码线路的复杂性和译码时间。
3.一般每个小段还要留出一个状态表示木字段不发出任何微命令。因此，当某字段的长度为3位时，最多只能表示7个互斥的微命令，通常用0表示不操作。
3.字段间接编码方式：
一个字段的某些微命令需由另一个字段中的某些微命令来解释，又称隐式编码。
优点：可进一步缩短微指令字长。
缺点：削弱了微指令的并行控制能力，作为字段直接编码方式的一种辅助手段

微指令的地址形成方式
1．微指令的下地址字段指出微指令格式中设置一个下地址字段，由微指令的下地址字段直接指出后继微指令的地址，这种方式又称为断定方式。
2．根据机器指令的操作码形成当机器指令取至指令寄存器后，微指令的地址由操作码经微地址形成部件形成。

标签：微指令,控制,控制器,微操作,微程序,命令,信号,中央处理器,CPU
来源： https://www.cnblogs.com/LXZYZDCZL/p/16024353.html