令操作流程图的安排，在各个节拍中产生相应的微操作时序信号，以有效地完
成各条指令的操作过程。
第五章 控制方式与控制器
5.1.2 控制器的组成
各种不同类型的计算机的控制器会有不少差别，但基本组成是相 同的，如图5.1所示，控制器的基本组成部分如下：
图5.1 控制器基本组成
第五章 控制方式与控制器
1、程序计数器PC
Ad(IR)+Y→Z；
Hale Waihona Puke ③Zout和PCin有效，将运算结果送寄存器PC，记作(Z)→PC。
第五章 控制方式与控制器
5.1.4 控制器的分类

当计算机执行指令时，控制器输入的是计算机指
令代码，输出的是微操作控制信号，因此微操作信号
发生器是控制器的核心。根据产生微操作信号方式的
不同，控制器可分为组合逻辑控制器、微程序控制控
送至MDR，记作 (MAR)→MDR；

④MDRout和IRin有效，将MDR的内容送至指令寄存器IR，
记作(MDR)→IR。至此，指令被从主存中取出，其操作码字
段开始控制CU。

⑤使PC内容加1，记作(PC)+1→PC第。五章 控制方式与控制器
⑵取数周期
取数周期要完成取操作数的任务，被加数在主存中，加数 已放在寄存器R1中。
3、指令译码器ID
指令译码器又称为操作译码器，它是解析指令的部件，对指令寄 存器中的指令操作码进行解析，产生相应的控制信号，提供给微
操作信号发生器。
4、地址形成部件。根据机器的不同寻址方式，用来形成操作数
的有效地址，以便CPU取得操作数。
第五章 控制方式与控制器
5、脉冲源 脉冲源用来产生具有一定频率和宽度的脉冲信号，称为主脉冲。为使主
脉冲的频率稳定，一般都是用石英晶体振荡器作为脉冲源。
6、启停逻辑 启停控制逻辑的作用是根据计算机的需要，可靠地开放或封锁脉冲，控
制时序信号的发生或停止，实现对整个机器的正确启动或停止。
7、节拍发生器 节拍发生器又称为脉冲分配器。脉冲源产生的脉冲信号，经过节拍发生
器后，产生时序信号（节拍电位），提供给微操作信号发生器以产生微 操作信号。
程序计数器又称为指令计数器或指令指针IP，用来存放下一次要 执行的指令的地址。PC不断的加“1”，以保证按顺序逐条执行 指令，这种加“1”功能。当遇到改变程序执行顺序的指令（转
移控制类指令）时，由转移控制类指令将转移地址送往程序计数 器作为准备取出下一条指令的地址。
2、指令寄存器IR
指令寄存器用来存放当前正在执行的指令。当指令从主存取出之 后，将其暂存在指令寄存器中，完成一条指令的全部功能控制。
取得一个操作数，再与R1中的内容相加，最后将结果送回主
存中。 即实现：((R0))＋(R1)→(R0)

⑴取指周期

①PCout和MARin有效，完成PC经CPU内部总线送至MAR的
操作，记作(PC)→MAR；

②通过控制总线（图中未画出）向主存发读命令

③存储器通过数据总线将MAR所指单元的内容（指令）
期中包含的机器周期数不尽相同，同时各个机器周期中包含的节拍数目也不一
定相同，所以指令周期、机器周期和节拍信息等时序信号，必须由控制器产生，
以完成时序控制功能。

3、操作控制功能

在时序信号的控制下，各条机器指令在每个机器周期的每个节拍中应产生
哪些微操作控制信号，由指令操作流程图做了严格的规定，控制器应能根据指
功能：

1、指令控制功能

计算机的工作过程是连续执行指令的过程，指令在主存储器中连续存放，
一般情况下，指令被顺序执行，只有遇到控制转移类指令才会改变顺序，所以
指令在主存中的存放是静态的，而指令的执行顺序是动态的，形成计算机的指
令流。

2、时序控制功能

机器指令的操作过程是由指令操作流程图严格规定的，各条指令的指令周
⑴取指周期

与上条指令的微操作序列完全相同。
⑵执行周期

如果有进位（C=1），则完成(PC)+A→PC的操作，否则跳过以下
几步。

①PCout和Yin有效，记作(PC)→Y（C=1）；

②Ad IRout和ALUin有效，同时CU向ALU发“ADD”控制信号，使
IR寄存器中的地址码字段A和Y的内容相加，结果送寄存器Z，记作
第五章 控制方式与控制器
《 计 算 机 组 成 原 理 》精 品 课 程
进入
主要内容
5.1 基本概念 5.2 组合控制逻辑 5.3 微程序控制 5.4 模型机微程序控制单元的设计
第五章 控制方式与控制器
5.1 基本概念

5.1.1 控制器的功能

控制器作为计算机的指挥中心，保证各个组成部件协调工作，必须完成以下

①R0out和MARin有效，完成将被加数地址送至MAR的
操作，记作(R0)→MAR；

②向主存发读命令，记作Read；

③存储器通过数据总线将MAR所指单元的内容（数据）
送至MDR，同时MDRout和Yin有效，记作M(MAR)→MDR→Y；
⑶执行周期

执行周期完成加法运算的任务，并将结果写回主存。
制器、PLA控制器三种。
8、微操作信号发生器 微操作信号发生器接收由指令译码器提供的操作信号、节拍发生器提供
的时序信号、被控制功能部件所反馈的状态及条件信号等综合形成各种 指令的微操作控制信号序列。
9、中断控制逻辑 中断控制逻辑是用来控制中断处理的硬件逻辑第。五章 控制方式与控制器
5.1.3 指令执行流程

计算机的运行需要不断地执行完成某个特定任务的指令序列，
因此计算机的工作过程实质上就是不断的取指令、分析指令和执
行指令的过程。下面以图5.2的CPU的内部数据通路为例分析几条
典型指令的具体执行过程。
图5.2 CPU的数据通路
第五章 控制方式与控制器

1.加法指令ADD @R0,R1

这条指令完成的功能是把R0的内容作为地址送到主存以

①R1out和ALUin有效，同时CU向ALU发“ADD”控制信
号，使R1的内容和Y的内容相加，结果送寄存器Z，记作
(R1)+Y→Z；
第五章 控制方式与控制器
2．转移指令JC A
这是一条条件转移指令，若上次运算结果有进位（C=1），就转移； 若上次运算结果无进位（C=0），就顺序执行下一条指令。设A为位 移量，转移地址等于PC的内容加位移量。相应的微操作序列如下：