首先，从计算机的基本功能的层次考虑。计算机的基本功能是执行程序，程序是机器指令的一个序列。因此，计算机应能自动地、连续地执行该机器指令序列中的每一条指令，这是在控制器的"指挥"下完成的。自动地、连续地执行该机器指令的核心问题，在于应该按指令的序列关系，自动地逐条从内存取来每一条指令，（接着执行这条指令），并保证这一运行过程连续地进行。程序计数器PC在这一过程中起到关键作用。它保存一条指令在内存中的地址，服务于到内存指定的存储单元读取指令；它的自行增量功能（形成相邻的下一条指令的地址）和接收下条要执行指令（例如转移指令）的地址的功能，保证了在本条指令执行完毕后，已经准备好了下一条即将执行的指令在内存储器中的地址，为自动、连续执行下一条指令打下了扎实的基础。 　　其次，再从计算机执行一条指令的层次考虑。在组合逻辑的控制器方案中，设计一条指令的执行过程，主要涉及到指令寄存器、节拍发生器和时序控制信号形成部件3部分内容。执行每一条指令，都要经过读取指令，分析指令，执行这条指令规定的具体操作功能，检查有无中断请求等几个操作步骤。设计控制器部件，无论是组合逻辑的控制器还是微程序的控制器，都要经过如下几个设计阶段。 　　←划分每一条指令的执行步骤，设计每一条指令的每一个执行步骤的具体操作功能； 　　↑确定在实现这些操作功能时，相关计算机各功能部件要求使用哪些控制信号； 　　→需要选用什么具体逻辑线路，采用什么处理方案，来分步骤地形成并向计算机各功能部件提供出这些控制信号； 　　在完成划分指令执行步骤的设计之后，需要有办法区分、表示这些执行步骤。对组合逻辑的控制器，指令不同的执行步骤，是用节拍发生器给出的几位节拍信号来区分的，需要为指令的每一个执行步骤分配确定的节拍状态信号，执行完一个节拍的操作后，节拍发生器就要从当前的状态变换为下一节拍状态，表明本节拍操作的结束和新的一个节拍操作的开始。 　　在确定计算机各功能部件要求使用哪些控制信号时，依据的是这些功能部件本身的组成和运行的控制需求。例如，要控制前一章讲过的运算器完成某种运算功能，就得向其提供它所要求的24位控制信号。对组合逻辑的控制器方案，就必须选用组合逻辑的门线路来形成并提供出全部的时序控制信号，这是由时序控制信号形成部件完成的。它依据正处在执行过程中的指令的操作码（保存在指令寄存器IR中），当前指令所处的执行步骤（由节拍发生器的节拍状态标记），和某个（些）判别条件（例如ALU运算结果是否为0）等作为输入信号，用与-或两级组合逻辑门电路直接、快速地形成本节拍用到的全部控制信号，送到计算机的各功能部件。在这些信号的控制下，计算机各功能部件会完成预期的操作功能。顺便指出，在使用现场可编程的大规模集成电路实现时序控制信号形成部件的情况下，原来由操作码译码器完成的功能已经归并到这片大规模集成电路中去，因此，在教学计算机的设计中，也就相应地取消了单独的操作码译码器电路。