黑龍江大學計算機科學技術學院
黑龍江大學軟體學院
一、 基本理論闡述
cpu的硬體完成的是讀取指令，分析指令後產生相應的控制訊號，用於指令的執行完成。對指令的讀取和解碼分析就是控制器的功能。控制器組成如下：
（1）指令計數器：存放要執行的下一條指令的位址
（2）指令暫存器：存放現行指令
（3）指令解碼器：對指令操作碼進行分析解釋，產生相應的控制訊號給操作訊號形成部件
（4）脈衝源及啟停控制電路：脈衝源產生一定頻率的脈衝訊號，作為整個機器的時鐘脈衝，啟停線路可以開放或封鎖時鐘脈衝，控制時序訊號的發生於停止，實現對機器的啟動和停機。
（5）時序訊號產生部件：以時鐘脈衝為基礎，具體產生不同指令對應的週期、節拍、工作脈衝等時序訊號。
操作控制訊號形成部件產生指令所需要的操作控制訊號序列，用以控制計算機各部分的操作，它是整個控制的核心。該部件的組成可用微程式方式，也可用組合邏輯方式或可程式設計邏輯陣列pla方式。微程式控制方式的基本思想是把機器指令的每一操作控制步編成一條微指令。
微指令的格式可分為水平型微指令和垂直型微指令。微指令的每一位代表乙個微命令，也即代表了操作控制訊號。微指令序列稱為微程式，每一條機器指令對應一段微程式。
計算機指令系統所對應的所有的微程式存放在微程式儲存器中。每條微指令具有唯一的微位址，執行微程式時，採用微指令位址生成技術產生下一條微指令的位址。
二、當前應用現狀
母聯控制器主要用於自動控制切換帶母線聯絡斷路的兩路電源的供電系統。控制模式有母聯備自投，進線備自投兩種。
組成母聯自動轉換開關的有：母聯控制器、三相交流過欠壓斷相保護器、空氣斷路器。
適合多型號斷路器，有電動操作機構就能與控制器連線。
自動轉換開關控制器是一種具有可程式設計，自動化測量，lcd顯示，數字通訊等為一體的智慧型雙電源切換系統。在與低壓空氣斷路器配套後，特別適合於兩路低壓進線側的自動轉換和保護。
自動轉換開關控制器的執行部件是框架式空氣斷路器，兩台斷路器不用加裝介面卡，控制器直接對**電源狀態進行監測，自動控制完成常用電源與備用電源的切換。
1、控制器為兩路低壓進線提供自動轉換控制和保護；
2、適合多型號的框架斷路器；
3、控制器的電氣聯鎖，斷路器的機械聯鎖，確保二台斷路器不能同時合閘；
4、具有手動，自動轉換功能；
5、控制器與斷路器直接二次線連線，中間無需介面卡；
6、在控制器或監控中心漢顯兩路電源的電量引數，並能設定和更改控制器所有引數；
7、供電方式可設定為一路優先，二路優先或無優先；
8、具有自啟動油機功能；
9、具有rs-232c和rs-485通訊介面。
三、對控制器部分的體會
資料緩衝：由於i/o裝置的速率較低而cpu和記憶體的速率卻很高，故在控制器中必須設定一緩衝器。在輸出時，用此緩衝器暫存由主機高速傳來的資料，然後才以i/o裝置所具有的速率將緩衝器中的資料傳送給i/o裝置；在輸入時，緩衝器則用於暫存從i/o裝置送來的資料，待接收到一批資料後，再將緩衝器中的資料高速地傳送給主機。
差錯控制：裝置控制器還兼管對由i/o裝置傳送來的資料進行差錯檢測。若發現傳送**現了錯誤，通常是將差錯檢測碼置位，並向 cpu報告，於是cpu將本次傳送來的資料作廢，並重新進行一次傳送。
這樣便可保證資料輸入的正確性。
資料交換：這是指實現cpu與控制器之間、控制器與裝置之間的資料交換。對於前者，是通過資料匯流排，由cpu並行地把資料寫入控制器，或從控制器中並行地讀出資料；對於後者，是裝置將資料輸入到控制器，或從控制器傳送給裝置。
為此，在控制器中須設定資料暫存器。
狀態說明：標識和報告裝置的狀態控制器應記下裝置的狀態供cpu了解。例如，僅當該裝置處於傳送就緒狀態時，cpu才能啟動控制器從裝置中讀出資料。
為此，在控制器中應設定一狀態暫存器，用其中的每一位來反映裝置的某一種狀態。當cpu將該暫存器的內容讀入後，便可了解該裝置的狀態。
接收和識別命令：cpu可以向控制器傳送多種不同的命令，裝置控制器應能接收並識別這些命令。為此，在控制器中應具有相應的控制暫存器，用來存放接收的命令和引數，並對所接收的命令進行解碼。
例如，磁碟控制器可以接收cpu發來的read、write、format等15條不同的命令，而且有些命令還帶有引數；相應地，在磁碟控制器中有多個暫存器和命令解碼器等。
位址識別：就像記憶體中的每乙個單元都有乙個位址一樣，系統中的每乙個裝置也都有乙個位址，而裝置控制器又必須能夠識別它所控制的每個裝置的位址。此外，為使cpu能向(或從)暫存器中寫入(或讀出)資料，這些暫存器都應具有唯一的位址。
四、課程設計過程中的應用與實踐
控制器分組合邏輯控制器和微程式控制器，兩種控制器各有長處和短處。組合邏輯控制器設計麻煩，結構複雜，一旦設計完成，就不能再修改或擴充，但它的速度快。微程式控制器設計方便，結構簡單，修改或擴充都方便，修改一條機器指令的功能，只需重編所對應的微程式；要增加一條機器指令，只需在控制儲存器中增加一段微程式，但是，它是通過執行一段微程。
具體對比如下：組合邏輯控制器又稱硬佈線控制器，由邏輯電路構成，完全靠硬體來實現指令的功能。
五、讀書工程心得總結
通過本學期的課程，增加了我對電腦科學與技術這個專業的興趣，以前對於計算機的認識只是停留在軟體方面，現在對計算機的硬體有了更深刻的理解。能更好的理解專業知識，熟悉計算機的工作原理。計算機的組成非常深奧，但是通過計算機組成原理這本書，對計算機的cpu有了更深層次的理解，總之，通過這門課，學習了很多以前不知道的知識，收穫很大。
參考文獻
1.王誠，宋佳興: 計算機組成與體系結構[m]. 清華大學出版社,2011,6:第13-15頁,第36-54頁
2. 計算機組成原理（第2版）作者：唐塑飛，出版社：高等教育出版社，出版日期：2023年1月全書。
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