湖人VS勇士RANCO控製器E37 M1121

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Name :   鍾啟鵬
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控製器（英文名稱：controller）是指按照預定順序改變主電路或控製電路的接線和改變電路中電阻值來控製電動機的啟動、調速、製動和反向的主令裝置。由程序計數器、指令寄存器、指令譯碼器、時序產(chan) 生器和操作控製器組成，它是發布命令的“決(jue) 策機構”，即完成協調和指揮整個(ge) 計算機係統的操作。

控製器分組合邏輯控製器和微程序控製器，兩(liang) 種控製器各有長處和短處。組合邏輯控製器設計麻煩，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。微程序控製器設計方便，結構簡單，修改或擴充都方便，修改一條機器指令的功能，隻需重編所對應的微程序；要增加一條機器指令，隻需在控製存儲(chu) 器中增加一段微程序，但是，它是通過執行一段微程。具體(ti) 對比如下：組合邏輯控製器又稱硬布線控製器，由邏輯電路構成，*靠硬件來實現指令的功能。

電磁吸盤控製器：交流電壓380V經變壓器降壓後，經過整流器整流變成110V直流後經控製裝置進入吸盤此時吸盤被充磁，退磁時通入反向電壓線路，控製器達到退磁功能。

門禁控製器：門禁控製器工作在兩(liang) 種模式之下。一種是巡檢模式，另一種是識別模式。在巡檢模式下，控製器不斷向讀卡器發送查詢代碼，並接收讀卡器的回複命令。這種模式會(hui) 一直保持下去，直至讀卡器感應到卡片。當讀卡器感應到卡片後，讀卡器對控製器的巡檢命令產(chan) 生不同的回複，在這個(ge) 回複命令中，讀卡器將讀到的感應卡內(nei) 碼數據傳(chuan) 送到門禁控製器，使門禁控製器進入到識別模式。在門禁控製器的識別模式下，門禁控製器分析感應卡內(nei) 碼，同設備內(nei) 存儲(chu) 的卡片數據進行比對，並實施後續動作。門禁控製器完成接收數據的動作後，會(hui) 發送命令回複讀卡器，使讀卡器恢複狀態，同時，門禁控製器重新回到巡檢模式。

組合邏輯

設計步驟：

1、設計機器的指令係統：規定指令的種類、指令的條數以及每一條指令的格式和功能；

2、初步的總體(ti) 設計：如寄存器設置、總線安排、運算器設計、部件間的連接關(guan) 係等；

3、繪製指令流程圖：標出每一條指令在什麽(me) 時間、什麽(me) 部件進行何種操作；

4、編排操作時間表：即根據指令流程圖分解各操作為(wei) 微操作，按時間段列出機器應進行的微操作；

5、列出微操作信號表達式，化簡，電路實現。

基本組成：

1、指令寄存器用來存放正在執行的指令。指令分成兩(liang) 部分：操作碼和地址碼。操作碼用來指示指令的操作性質，如加法、減法等；地址碼給出本條指令的操作數地址或形成操作數地址的有關(guan) 信息（這時通過地址形成電路來形成操作數地址）。有一種指令稱為(wei) 轉移指令，它用來改變指令的正常執行順序，這種指令的地址碼部分給出的是要轉去執行的指令的地址。

2、操作碼譯碼器：用來對指令的操作碼進行譯碼，產(chan) 生相應的控製電平，完成分析指令的功能。

3、時序電路：用來產(chan) 生時間標誌信號。在微型計算機中，時間標誌信號一般為(wei) 三級：指令周期、總線周期和時鍾周期。微操作命令產(chan) 生電路產(chan) 生完成指令規定操作的各種微操作命令。這些命令產(chan) 生的主要依據是時間標誌和指令的操作性質。該電路實際是各微操作控製信號表達式（如上麵的A→L表達式）的電路實現，它是組合邏輯控製器中較為(wei) 複雜的部分。

4、指令計數器：用來形成下一條要執行的指令的地址。通常，指令是順序執行的，而指令在存儲(chu) 器中是順序存放的。所以，一般情況下下一條要執行的指令的地址可通過將現行地址加1形成，微操作命令“1”就用於(yu) 這個(ge) 目的。如果執行的是轉移指令，則下一條要執行的指令的地址是要轉移到的地址。該地址就在本轉移指令的地址碼字段，將其直接送往指令計數器。

微程序控製器的提出是因為(wei) 組合邏輯設計存在不便於(yu) 設計、不靈活、不易修改和擴充等缺點。

微程序

微程序控製(簡稱微碼控製)的基本思路是：用微指令產(chan) 生微操作命令，用若幹條微指令組成一段微程序實現一條機器指令的功能（為(wei) 了加以區別，將前麵所講的指令稱為(wei) 機器指令）。設機器指令M執行時需要三個(ge) 階段，每個(ge) 階段需要發出如下命令：階段一發送K1、K8命令，階段二發送K0、K2、K3、K4命令，階段三發送K9命令。當將*條微指令送到微指令寄存器時，微指令寄存器的K1和K8為(wei) 1，即發出K1和K8命令，該微指令指出下一條微指令地址為(wei) 00101，從(cong) 中取出第二條微指令，送到微指令寄存器時將發出K0、K2、K3、K4命令，接下來是取第三條微指令，發K9命令。

微程序控製器的組成：

1、控製存儲(chu) 器（contmlMemory）用來存放各機器指令對應的微程序。譯碼器用來形成機器指令對應的微程序的入口地址。當將一條機器指令對應的微程序的各條微指令逐條取出，並送到微指令寄存器時，其微操作命令也就按事先的設計發出，因而也就完成了一條機器指令的功能。對每一條機器指令都是如此。

2、微指令的寬度直接決(jue) 定了微程序控製器的寬度。為(wei) 了簡化控製存儲(chu) 器，可采取一些措施來縮短微指令的寬度。如采用字段譯碼法一級分段譯碼。顯然，微指令的控製字段將大大縮短。，一些要同時產(chan) 生的微操作命令不能安排在同一個(ge) 字段中。為(wei) 了進一步縮短控製字段，還可以將字段譯碼設計成兩(liang) 級或多級。

CPU

控製器是指揮計算機的各個(ge) 部件按照指令的功能要求協調工作的部件，是計算機的神經中樞和指揮中心，由指令寄存器IR（InstructionRegister）、程序計數器PC（ProgramCounter）和操作控製器0C（OperationController）三個(ge) 部件組成，對協調整個(ge) 電腦有序工作極為(wei) 重要。

指令寄存器：用以保存當前執行或即將執行的指令的一種寄存器。指令內(nei) 包含有確定操作類型的操作碼和指出操作數來源或去向的地址。指令長度隨不同計算機而異，指令寄存器的長度也隨之而異。計算機的所有操作都是通過分析存放在指令寄存器中的指令後再執行的。指令寄存器的輸人端接收來自存儲(chu) 器的指令，指令寄存器的輸出端分為(wei) 兩(liang) 部分。操作碼部分送到譯碼電路進行分析，指出本指令該執行何種類型的操作;地址部分送到地址加法器生成有效地址後再送到存儲(chu) 器，作為(wei) 取數或存數的地址。

存儲(chu) 器可以指主存、高速緩存或寄存器棧等用來保存當前正在執行的一條指令。當執行一條指令時，先把它從(cong) 內(nei) 存取到數據寄存器（DR）中，然後再傳(chuan) 送至IR。指令劃分為(wei) 操作碼和地址碼字段，由二進製數字組成。為(wei) 了執行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試，以便識別所要求的操作。指令譯碼器就是做這項工作的。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經譯碼後，即可向操作控製器發出具體(ti) 操作的特定信號。

程序計數器：指明程序中下一次要執行的指令地址的一種計數器，又稱指令計數器。它兼有指令地址寄存器和計數器的功能。當一條指令執行完畢的時候，程序計數器作為(wei) 指令地址寄存器，其內(nei) 容必須已經改變成下一條指令的地址，從(cong) 而使程序得以持續運行。

為(wei) 此可采取以下兩(liang) 種辦法：

*種辦法是在指令中包含了下一條指令的地址。在指令執行過程中將這個(ge) 地址送人指令地址寄存器即可達到程序持續運行的目的。這個(ge) 方法適用於(yu) 早期以磁鼓、延遲線等串行裝置作為(wei) 主存儲(chu) 器的計算機。根據本條指令的執行時間恰當地決(jue) 定下一條指令的地址就可以縮短讀取下一條指令的等待時間，從(cong) 而收到提高程序運行速度的效果。

第二種辦法是順序執行指令。一個(ge) 程序由若幹個(ge) 程序段組成，每個(ge) 程序段的指令可以設計成順序地存放在存儲(chu) 器之中，所以隻要指令地址寄存器兼有計數功能，在執行指令的過程中進行計數，自動加一個(ge) 增量，就可以形成下一條指令的地址，從(cong) 而達到順序執行指令的目的。這個(ge) 辦法適用於(yu) 以隨機存儲(chu) 器作為(wei) 主存儲(chu) 器的計算機。當程序的運行需要從(cong) 一個(ge) 程序段轉向另一個(ge) 程序段時，可以利用轉移指令來實現。轉移指令中包含了即將轉去的程序段入口指令的地址。執行轉移指令時將這個(ge) 地址送人程序計數器(此時隻作為(wei) 指令地址寄存器，不計數)作為(wei) 下一條指令的地址，從(cong) 而達到轉移程序段的目的。子程序的調用、中斷和陷阱的處理等都用類似的方法。在隨機存取存儲(chu) 器普及以後，第二種辦法的整體(ti) 運行效果大大地優(you) 於(yu) *種辦法，因而順序執行指令已經成為(wei) 主流計算機普遍采用的辦法，程序計數器就成為(wei) 中央處理器*的一個(ge) 控製部件。

CPU內(nei) 的每個(ge) 功能部件都完成一定的特定功能。信息在各部件之間傳(chuan) 送及數據的流動控製部件的實現。通常把許多數字部件之間傳(chuan) 送信息的通路稱為(wei) “數據通路”。信息從(cong) 什麽(me) 地方開始，中間經過哪個(ge) 寄存器或多路開關(guan) ，後傳(chuan) 到哪個(ge) 寄存器，都要加以控製。在各寄存器之間建立數據通路的任務，是由稱為(wei) “操作控製器”的部件來完成的。

操作控製器的功能就是根據指令操作碼和時序信號，產(chan) 生各種操作控製信號，以便正確地建立數據通路，從(cong) 而完成取指令和執行指令的控製。

有兩(liang) 種由於(yu) 設計方法不同因而結構也不同的控製器。微操作是指不可再分解的操作，進行微操作總是需要相應的控製信號(稱為(wei) 微操作控製信號或微操作命令)。一台數字計算機基本上可以劃分為(wei) 兩(liang) 大部分---控製部件和執行部件。控製器就是控製部件，而運算器、存儲(chu) 器、外圍設備相對控製器來說就是執行部件。控製部件與(yu) 執行部件的一種聯係就是通過控製線。控製部件通過控製線向執行部件發出各種控製命令，通常這種控製命令叫做微命令，而執行部件接受微命令後所執行的操作就叫做微操作。控製部件與(yu) 執行部件之間的另一種聯係就是反饋信息。執行部件通過反饋線向控製部件反映操作情況，以便使得控製部件根據執行部件的狀態來下達新的微命令，這也叫做“狀態測試”。微操作在執行部件中是組基本的操作。由於(yu) 數據通路的結構關(guan) 係，微操作可分為(wei)

相容性和相斥性兩(liang) 種。在機器的一個(ge) CPU周期中，一組實現一定操作功能的微命令的組合，構成一條微指令。一般的微指令格式由操作控製和順序控製兩(liang) 部分構成。操作控製部分用來發出管理和指揮全機工作的控製信號。其順序控製部分用來決(jue) 定產(chan) 生下一個(ge) 微指令的地址。事實上一條機器指令的功能是由許多條微指令組成的序列來實現的。這個(ge) 微指令序列通常叫做微程序。既然微程序是有微指令組成的，那麽(me) 當執行當前的一條微指令的時候。必須指出後繼微指令的地址，以便當前一條微指令執行完畢以後，取下一條微指令執行。

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