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控制器控制器的结构和功能硬布线控制器硬布线控制器的定义硬布线控制器结构逻辑网络输入信号的三个来源硬布线控制器的基本原理微操作控制信号微操作控制信号的产生安排微操作时序的原则微程序控制器微命令和微操作微指令和微程序微指令基本格式程序与微程序微程序控制器主存储器和控制存储器微命令编码微地址形成方式控制器
控制器的结构和功能
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
硬布线控制器
又称硬连线控制器
硬布线控制器的定义
硬布线控制器是一种由门电路和触发器构成的复杂树形网络.
是早期设计计算机的一种方法；
以使用最少原件和取得最高操作速度为设计目标；
是计算机中最复杂的逻辑部件；
一旦构成，无法增加新的控制功能。
与微程序控制相比，硬布线控制的速度较快
硬布线控制器结构
逻辑网络输入信号的三个来源
来自指令操作码译码器的输出I；来自执行部件的反馈信息B；来自时序产生器的时序信号M和T；时序信号包括节拍电位信号M和节拍脉冲信号T；其中节拍电位信号就是机器周期(CPU周期)信号，节拍脉冲信号是时钟周期信号。
硬布线控制器的基本原理
某一微操作控制信号C是指令操作码译码器输出I、时序信号(节拍电位M、节拍脉冲T)、和状态条件信号B的逻辑函数，即
C = f(I,M,T,B)
逻辑网络N的输出信号就是微操作控制信号，它用来对执行部件进行控制。
微操作控制信号
微操作控制信号的产生
在硬布线控制器中，某一微操作控制信号由布尔代数表达式描述的输出函数产生；
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(即两个微操作没有冲突时)
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
微程序控制器
微命令和微操作
微命令：是微操作的控制信号
微操作：是微命令的执行过程
相容性微命令：可以同时产生、共同完成某一些微操作的微命令
互斥性微命令：在机器中不允许同时出现的微命令
相容性微操作：是指在同时或同一个CPU周期内可以并行执行的微操作
相斥性微操作：是指不能在同时或不能在同一个CPU周期内并行执行的微操作
如：加法指令ADD X中
PC→MAR和1→R互不影响，是相容的
MDR→IR和OR(IR)→ID有先后顺序之分，是互斥的
微指令和微程序
微指令： 一个CPU周期中，实现一定操作功能的一组微命令的组合
微程序：能实现一条机器指令功能的多条微指令序列
微指令基本格式
如下两图：
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
微程序控制器
主要由控制存储器、微指令寄存器、地址转移逻辑三大部分组成，其中为指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分
微指令一般包含操作控制和顺序控制两大部分
操作控制：用于发出管理和指挥全机工作的控制信号
顺序控制：用与决定产生下一条微指令的地址
所有的微指令都存放于控制存储器中，使用微地址访问
微周期：通常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
主存储器和控制存储器
主存储器：用于存放程序和数据，在CPU外部，用RAM和ROM实现
控制存储器(CM)：用于存放微程序，在CPU内部，用ROM实现
微命令编码
微命令编码，就是对微指令中的操作控制字段采用的表示方法。通常有以下三种方法：
直接表示法：
操作控制字段的每一位代表一个微命令
优点：简单直观，其输出可直接用于控制，执行速度快
缺点：微指令字较长，因而使控制存储器容量较大编码表示法
编码表示法是把一组相斥性的微命令信号组成一个小组(即一个字段)，然后通过小组(字段)译码器对每一个微命令信号进行译码，译码输出作为操作控制信号
优点：可大大缩短微指令字长
缺点：需要微命令译码，故微程序的执行速度稍稍减慢混合表示法
把直接表示法与字段编码法混合使用，以便能综合考虑微指令字长，灵活性、执行微程序速度等方面的要求
微地址形成方式
微指令的下地址字段指出根据机器指令的操作码形成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，这种方式又称断定方式
增量计数器法 (CMAR)+1→CMAR分支转移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
转移方式：指明判别条件
转移地址：指明转移成功后的去向
| 操作控制字段 | 转移方式 | 转移地址 |通过测试网络由硬件产生微程序入口地址
第一条微指令地址由专门硬件产生
中断周期：由硬件产生中断周期微程序首地址
