操作控制器與控制單元

CPU控制器的5個(gè)組成部分之一。CPU內(nèi)的每個(gè)功能部件都完成一定的特定功能。然而信息怎樣才能在各部件之間傳送呢?也就是說，數(shù)據(jù)的流動(dòng)是由什么部件控制的呢? 通常把許多數(shù)字部件之間傳送信息的通路稱為“數(shù)據(jù)通路”。信息從什么地方開始，中間經(jīng)過哪個(gè)寄存器或多路開關(guān)，最后傳到哪個(gè)寄存器，都要加以控制。在各寄存器之間建立數(shù)據(jù)通路的任務(wù)，是由稱為“操作控制器”的部件來完成的。操作控制器OC中主要有節(jié)拍脈沖發(fā)生器、控制矩陣、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、復(fù)位電路和啟停電路等控制邏輯。這幾個(gè)部件對(duì)微處理器設(shè)計(jì)人員來說很關(guān)鍵，但微處理器用戶卻可以不必過多關(guān)心。

控制總線主要用來傳送控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)?？刂菩盘?hào)中，有的是微處理器送往存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備接口電路的，比如：讀/寫信號(hào)、片選信號(hào)、中斷響應(yīng)信號(hào)等;也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請(qǐng)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、總線請(qǐng)求信號(hào)、設(shè)備就緒信號(hào)等。

既然指令可以存入CPU，而且有相應(yīng)指令來完成運(yùn)算前的準(zhǔn)備工作，背后自然有一個(gè)扮演推動(dòng)作用的角色——它便是負(fù)責(zé)整個(gè)處理過程的操作控制器。根據(jù)來自譯碼單元的指令，它會(huì)生成控制信號(hào)，告訴運(yùn)算邏輯單元(ALU)和寄存器如何運(yùn)算、對(duì)什么進(jìn)行運(yùn)算以及對(duì)結(jié)果進(jìn)行怎樣的處理。控制單元是整個(gè)CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)等，對(duì)協(xié)調(diào)整個(gè)電腦有序工作極為重要。它根據(jù)用戶預(yù)先編好的程序，依次從存儲(chǔ)器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，然后通過操作控制器OC，按確定的時(shí)序，向相應(yīng)的部件發(fā)出微操作控制信號(hào)。操作控制器OC中主要包括節(jié)拍脈沖發(fā)生器、控制矩陣、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、復(fù)位電路和啟停電路等控制邏輯。

操作控制器的功能就是根據(jù)指令操作碼和時(shí)序信號(hào)，產(chǎn)生各種操作控制信號(hào)，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。1、取指令：根據(jù)指令地址(由PC提供)，從存儲(chǔ)器中取出所要執(zhí)行的指令。2、分析指令：(1)譯碼分析。確定指令應(yīng)完成的操作，產(chǎn)生相應(yīng)操作的控制電位。去參與形成該指令功能所需要的全部控制命令(微操作控制信號(hào))。(2)根據(jù)尋址方式的分析和指令功能要求，形成操作數(shù)的有效地址，并按此地址取出操作數(shù)(運(yùn)算型指令)或形成轉(zhuǎn)移地址(轉(zhuǎn)移類指令)，以實(shí)現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移。3、執(zhí)行指令：根據(jù)指令分析所產(chǎn)生的操作控制信號(hào)和形成的有效地址，按一定算法形成指令控制序列，控制有關(guān)部件完成指令規(guī)定的功能。

操作控制器常用的控制方式有同步控制、異步控制、聯(lián)合控制。同步控制方式：任何指令的運(yùn)行或指令中各個(gè)微操作的執(zhí)行，均由確定的，具有統(tǒng)一基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)的時(shí)序信號(hào)所控制。即所有的操作均由統(tǒng)一的時(shí)鐘控制，在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)完成。(在同步控制下，每個(gè)時(shí)序信號(hào)的結(jié)束就意味著安排完成的工作已經(jīng)完成，隨即開始執(zhí)行后續(xù)的微操作或自動(dòng)轉(zhuǎn)向下條指令的運(yùn)行。)異步控制方式：沒有統(tǒng)一的同步信號(hào)，采用問答方式進(jìn)行時(shí)序協(xié)調(diào)，將前一操作的回答作為下一操作的啟動(dòng)信號(hào)。聯(lián)合控制方式：將同步控制和異步控制相結(jié)合。其通常設(shè)計(jì)思想為：在功能部件內(nèi)部采用同步方式或以同步方式為主的控制方式;在功能部件間采用異步方式。