控制器有哪些基本功能可分为哪几类分类依据是什么

编辑本段CPU控制器

控制器是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(InstructionRegister)、程序计数器PC(ProgramCounter)和 *** 作控制器0C(OperationController)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。

指令寄存器

指令寄存器：用以保存当前执行或即将执行的指令的一种寄存器。指令内包含有确定 *** 作类型的 *** 作码和指出 *** 作数来源或去向的地址。指令长度随不同计算机而异，指令寄存器的长度也随之而异。计算机的所有 *** 作都是通过分析存放在指令寄存器中的指令后再执行的。指令寄存器的输人端接收来自存储器的指令，指令寄存器的输出端分为两部分。 *** 作码部分送到译码电路进行分析，指出本指令该执行何种类型的 *** 作;地址部分送到地址加法器生成有效地址后再送到存储器，作为取数或存数的地址。存储

[控制器]

控制器

器可以指主存、高速缓存或寄存器栈等用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到数据寄存器（DR）中，然后再传送至IR。指令划分为 *** 作码和地址码字段，由二进制数字组成。为了执行任何给定的指令，必须对 *** 作码进行测试，以便识别所要求的 *** 作。指令译码器就是做这项工作的。指令寄存器中 *** 作码字段的输出就是指令译码器的输入。 *** 作码一经译码后，即可向 *** 作控制器发出具体 *** 作的特定信号。

程序计数器

程序计数器：指明程序中下一次要执行的指令地址的一种计数器，又称指令计数器。它兼有指令地址寄存器和计数器的功能。当一条指令执行完毕的时候，程序计数器作为指令地址寄存器，其内容必须已经改变成下一条指令的地址，从而使程序得以持续运行。为此可采取以下两种办法：

第一种办法是在指令中包含了下一条指令的地址。在指令执行过程中将这个地址送人指令地址寄存器即可达到程序持续运行的目的。这个方法适用于早期以磁鼓、延迟线等串行装置作为主存储器的计算机。根据本条指令的执行时间恰当地决定下一条指令的地址就可以缩短读取下一条指令的等待时间，从而收到提高程序运行速度的效果。

第二种办法是顺序执行指令。一个程序由若干个程序段组成，每个程序段的指令可以设计成顺序地存放在存储器之中，所以只要指令地址寄存器兼有计数功能，在执行指令的过程中进行计数，自动加一个增量，就可以形成下一条指令的地址

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，从而达到顺序执行指令的目的。这个办法适用于以随机存储器作为主存储器的计算机。当程序的运行需要从一个程序段转向另一个程序段时，可以利用转移指令来实现。转移指令中包含了即将转去的程序段入口指令的地址。执行转移指令时将这个地址送人程序计数器(此时只作为指令地址寄存器，不计数)作为下一条指令的地址，从而达到转移程序段的目的。子程序的调用、中断和陷阱的处理等都用类似的方法。在随机存取存储器普及以后，第二种办法的整体运行效果大大地优于第一种办法，因而顺序执行指令已经成为主流计算机普遍采用的办法，程序计数器就成为中央处理器不可或缺的一个控制部件

*** 作控制器

CPU内的每个功能部件都完成一定的特定功能。信息在各部件之间传送及数据的流动控制部件的实现。通常把许多数字部件之间传送信息的通路称为“数据通路”。信息从什么地方开始，中间经过哪个寄存器或多路开关，最后传到哪个寄存器，都要加以控制。在各寄存器之间建立数据通路的任务，是由称为“ *** 作控制器”的部件来完成的。

*** 作控制器的功能就是根据指令 *** 作码和时序信号，产生各种 *** 作控制信号，以便正确地建立数据通路，从而完成取指令和执行指令的控制。

工作原理

有两种由于设计方法不同因而结构也不同的控制器。微 *** 作是指不可再分解的 *** 作，进行微 *** 作总是需要相应的控制信号(称为微 *** 作控制信号或微 *** 作命令)。一台数字计算机基本上可以划分为两大部分---控制部件和执行部件。控制器就是控制部件，而运算器、存储器、外围设备相对控制器来说就是执行部件。控制部件与执行部件的一种联系就是通过控制线。控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常这种控制命令叫做微命令，而执行部件接受微命令后所执行的 *** 作就叫做微 *** 作。控制部件与执行部件之间的另一种联系就是反馈信息。执行部件通过反馈线向控制部件反映 *** 作情况，以便使得控制部件根据执行部件的状态来下达新的微命令，这也叫做“状态测试”。微 *** 作在执行部件中是组基本的 *** 作。由于数据通路的结构关系，微 *** 作可分为

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相容性和相斥性两种。在机器的一个CPU周期中，一组实现一定 *** 作功能的微命令的组合，构成一条微指令。一般的微指令格式由 *** 作控制和顺序控制两部分构成。 *** 作控制部分用来发出管理和指挥全机工作的控制信号。其顺序控制部分用来决定产生下一个微指令的地址。事实上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。这个微指令序列通常叫做微程序。既然微程序是有微指令组成的，那么当执行当前的一条微指令的时候。必须指出后继微指令的地址，以便当前一条微指令执行完毕以后，取下一条微指令执行。

计算机是怎样工作的？

无论是大型、

中型、小型还是微型计算机，都是把要解决的问题利用

电脑语言编排成若干条程序，

才能上机运算。工作的大致过程是：用户将

编制好的程序通过输入设备送入计算机，

放在存贮器里保存起来；通过输

入设备向计算机发出执行程序的命令。

于是，在控制器的控制下，计算机

便按照程序要求自动地进行工作。

计算机工作时，控制器从存贮器取出一

条指令程序，

分析这条指令要求计算机进行哪一种 *** 作，然后执行所规定

的 *** 作，

执行完一条指令后，再从存贮器中取出下一条指令，再分析和执

行……，

这样重复进行，直到程序执行完毕。计算机取指令，分析、执行

等 *** 作是在极短的时间内完成，对于微机系统，一般只需要百万分之几秒，

所以计算机能够在很短的时间里完成非常复杂的计算。

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计算机工作原理

电脑的工作原理跟电视、vcd机差不多，您给它发一些指令，它就会按您的意思执行某项功能。不过，您可知道，这些指令并不是直接发给您要控制的硬件，而是先通过前面提过的输入设备，如键盘、鼠标，接收您的指令，然后再由中央处理器（cpu）来处理这些指令，最后才由输出设备输出您要的结果。

现在，让我们用一道简单的计算题来回想一下人脑的工作方式。

题目很简单：8+4÷2=？

首先，我们得用笔将这道题记录在纸上，记在大脑中，再经过脑神经元的思考，结合我们以前掌握的知识，决定用四则运算规则和九九乘法口诀来处理，先用脑算出4÷2=2这一中间结果，并记录于纸上，然后再用脑算出8+2=10这一最终结果，并记录于纸上。

通过做这一简单运算题，我们发现一规律：首先通过眼、耳等感觉器官将捕捉的信息输送到大脑中并存储起来，然后对这一信息进行加工处理，再由大脑控制人把最终结果，以某种方式表达出来。

电脑正是模仿人脑进行工作的（这也是“电脑”名称的来源），其部件如输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备等分别与人脑的各种功能器官对应，以完成信息的输入、处理、输出。

常见指令按功能可划分为：

①数据处理指令：包括算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、比较指令等。

②数据传送指令：包括寄存器之间、寄存器与主存储器之间的传送指令等。

③程序控制指令：包括条件转移指令、无条件转移指令、转子程序指令等。

④输入－输出指令：包括各种外围设备的读、写指令等。有的计算机将输入－输出指令包含在数据传送指令类中。

⑤状态管理指令：包括诸如实现置存储保护、中断处理等功能的管理指令。

随着计算机系统结构的发展，有些计算机还不断引入新指令。如“测并置”指令是为在多机系统和多道程序中防止重入公用子程序而设置的。指令先测试标志位以判断该子程序是否正在使用。如未被使用，则转入子程序并置该标志位，以防其他进程重入。后来又出现功能更强的信号（PV *** 作）指令。有的计算机还设置“执行”指令。“执行“指令执行由地址域所确定的存储单元中的指令。其目的是避免用程序直接修改程序中的指令。这对程序的检查和流水线等技术的应用均有好处。有的计算机采用堆栈实现程序的调用指令和返回指令。调用时将返回地址和各种状态、参数压入堆栈顶部，这样就能较好地实现子程序的嵌套和递归调用，并可使子程序具有可重入性。另外，一些计算机使不少复杂的 *** 作固定化，形成诸如多项式求值、队列插项、队列撤项和各种翻译、编辑等指令。

向量指令和标量指令：有些大型机和巨型机设置功能齐全的向量运算指令系统。向量指令的基本 *** 作对象是向量,即有序排列的一组数。若指令为向量 *** 作,则由指令确定向量 *** 作指令系统

数的地址（主存储器起始地址或向量寄存器号），并直接或隐含地指定如增量、向量长度等其他向量参数。向量指令规定处理机按同一 *** 作处理向量中的所有分量，可有效地提高计算机的运算速度。不具备向量处理功能，只对单个量即标量进行 *** 作的指令称为标量指令。

特权指令和用户指令：在多用户环境中，某些指令的不恰当使用会引起机器的系统性混乱。如置存储保护、中断处理、输入输出等这类指令，均称为特权指令，不允许用户直接使用。为此，处理机一般设置特权和用户两种状态，或称管（理）态和目（的）态。在特权状态下，程序可使用包括特权指令在内的全部指令。在用户状态下，只允许使用非特权指令，或称用户指令。用户如使用特权指令则会发生违章中断。如用户需要申请 *** 作系统进行某些服务，如输入－输出等，可使用“广义指令”，或称为“进监督”、“访管”等的指令。

MCS-51 单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式：

方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又叫同步移位寄存器输出方式。在这种方式下，数据从 RXD 端串行输出或输入，同步信号从 TXD 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。

方式 2 ：采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途，可以通过软件搂控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 单片机串行口适用于多机通信。方式 2 的波特率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位选择。

方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式 3 的小组特率是可变的。而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。

控制器的主要功能是交换、检测及提供信号。

控制机器，控制各个部件协调一致地工作。控制器具备数据交换功能，这是指实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间的数据交换。将电话比喻中人体，那么控制器就好比是人的大脑，输出各种指令，是零件灵活运行。运算器只能完成运算，而控制器用于控制着整个CPU的工作。通过数据总线，由CPU并行地把数据写入控制器，或从控制器中并行地读出数据。

控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和 *** 作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的 *** 作。

控制器分组合逻辑控制器和微程序控制器，两种控制器各有长处和短处。组合逻辑控制器设计麻烦，结构复杂，一旦设计完成，就不能再修改或扩充，但它的速度快。微程序控制器设计方便，结构简单，修改或扩充都方便，修改一条机器指令的功能，只需重编所对应的微程序；要增加一条机器指令，只需在控制存储器中增加一段微程序，但是，它是通过执行一段微程。

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