本章主要教学内容

　　本章教学内容是讲授计算机的指令、指令系统，计算机控制器的功能、组成、设计与实现。对于该课程来说，这是属于比较难学、但确实又是最为重要的部分。其教学安排将围绕掌握计算机指令的执行过程（步骤）与控制器的设计技术来进行，包括课堂教学、课外作业、教学实验都应紧紧把握住这个主线索。从用户的角度看，指令是用户使用与控制计算机的最小功能单位，从计算机本身的组成看，指令直接与计算机的运行性能和硬件结构密切相关，它是设计一台计算机的起始点和基本依据。指令的功能安排，指令格式、寻址方式的选择十分重要。控制器的功能与组成，将主要体现在完成对计算机指令的执行过程（步骤）的控制方面。学生在学习的整个过程中，应首先掌握对指令系统的一般要求，指令格式设计，寻址方式选择这样3项内容；指令系统举例，重点在于更深入具体阐述上述3项内容，不必花费太多精力推敲每条指令的具体内容，但对教学计算机的指令系统须认真看一看，在后续的教学过程与教学实验中会反复用到。

　　学好控制器设计的关键是保持清醒的思路，从空间（计算机的组成逻辑部件）和时间（每类指令执行时序逻辑关系）两个方面分析与设计各条指令的执行步骤，首先应认真看清教学计算机的功能部件组成和它们的连接关系，再仔细看懂整个指令系统中每类指令的执行过程。切不可一上来，就一头扎进每一条指令的具体执行步骤中的一些细节问题，也不可在这里太多纠缠计算机的逻辑线路细节（到相应部件的章节再全部学懂），还是应该从信息（指令和数据）在不同时间里在计算机各功能部件之间的流动、处理来学习与理解各类（不特别强调同一类中的每一条）指令的执行过程，尤其是要把划分指令的执行步骤和确定每个执行步骤要求的控制信号这样两件事情，区分为两个阶段分别处理。微程序的和硬布线的两种控制器，对指令执行步骤影响不大，主要差异表现在提供指令每个执行步骤要用到的控制信号的办法和具体逻辑线路、运行速度等方面有所不同。

　　控制器部件是计算机的五大功能部件之一，其作用是向整机每个部件(包括控制器部件本身)提供协同运行所需要的控制信号。计算机的最本质的功能是连续执行指令，而每一条指令往往又要分成几个执行步骤才得以完成。由此又可以说，计算机控制器的基本功能，是依据当前正在执行的指令和它所处的执行步骤，形成(或称得到)并提供出在这一时刻整机各部件要用到的控制信号。

　　执行一条指令，要经过读取指令、分析指令、执行指令所规定的处理功能三个阶段完成，控制器还要保证能按程序中设定的指令运行次序，自动地连续执行指令序列。
为此，控制器组成中，必须有一个能提供指令在内存中的地址的部件，通称程序计数器(PC)，服务于读取指令，并接收下条要执行的指令的地址。

　　还要有一个能保存读来的指令内容的部件，通称指令寄存器(IR)，以提供本指令执行的整个过程中要用到的指令本身的主要信息。

　　控制器的第三个组成成分，是脉冲源、启停控制逻辑，指令执行的步骤标记线路，它标记出每条指令的各执行步骤的相对次序关系。

　　控制器的第四个，也是控制器设计中最费力的一个组成成分，是全部时序控制信号的产生部件，它依据指令内容、指令的执行步骤(时刻)，也许还有些别的什么条件信号，来形成并提供出当前各部件时刻要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，产生予期的执行结果，也就是执行一条又一条的指令。
依据前述控制器的最后两个组成成分的具体组成与运行原理的不同，通常把控制器区分为微程序的控制器和组合逻辑(硬布线)的控制器两大类。教学计算机系统中，分别设计并实现了这两种控制器，为教学提供了比较理想的实例，也为实验人员开辟了选择使用与进行实验的广阔天地。


图3.1 控制器组成与其在整机中的地位

　　在学习控制器的过程中，可以用如下几句话来把握整个的学习纲要：

　　　　控制器的组成 　　　　控制器的运行原理
　　　控制器，管控制， 　　取指、分析、再执行，
　　　PC、IR 和 时序， 　　判别中断 并 响应，
　　　组合逻辑给信号， 　　指令步骤看 节拍，
　　　控存存放微程序。 　　下址续读微指令。