運算器隻能完成運算，而控制器用于控制着整個CPU的工作。

圖1

1、 指令控制器

指令控制器是控制器中相當重要的部分，它要完成取指令、分析指令等操作，然後交給執行單元（ALU或FPU）來執行，同時還要形成 下一條指令的地址。

為了說明這個問題，這裡轉載一個指令執行示意圖。

圖2

從上圖可以看到，由CS：IP構成的寄存器總是給出當前要執行的指令地址，并在當前指令尚未執行完成的時候，給出下一條将要執行的指令地址。CS：IP就是圖1中的PC指針。這是控制器的最主要作用。

2、 時序控制器

時序控制器的作用是為每條指令按時間順序提供控制信号。時序 控制器包括時鐘發生器和倍頻定義單元，其中時鐘發生器由石英晶 體振蕩器發出非常穩定的脈沖信号，就是CPU的主頻;而倍頻定義單元則定義了 CPU主頻是存儲器頻率（總線頻率）的幾倍。

圖3

假設現在要執行一條指令：MOV A, data1,這條指令的意思很簡單，就是通過CPU找到内存中的某個數據data1,然後把它放到寄存器A裡面。這條指令執行完應該分為以下幾步：

第一步：找到這個數據在内存中的位置（地址号）。

第二步：保證這個數據可以被CPU讀出（未被鎖定）。

第三步：把這個數據讀出來，并存入寄存器A中。

上面三步的時間順序不能亂，否則指令執行肯定會出錯。從圖3可以看出，地址信号首先有效，然後是讀信号有效，最後才是被讀的數據出現在數據線上面。

這和我們實際生活中的這個例子非常類似，假設服務員要到賓館的某個房間登記裡面客人的身份信息，同樣分為三步：

第一步：找到這個客人的位置（房間号）。

第二步：客人打開房門。

第三步：登記客人信息。

3、 總線控制器

總線控制器主要用于控制CPU的内外部總線，包括地址總線、數 據總線、控制總線等等。

圖4

圖5

計算機内部的主要工作過程是信息傳送和加工的過程，為了便于對總線進行管理，組成了總線結構，使不同來源的信息分時在總線上傳送。

從圖4圖5可以看到，總線的使用同樣受到時序控制部件的控制。總線控制同樣可以從圖3得到很好的理解：當把數據從存儲單元讀出以前，地址信号必須保持有效。

從上圖可以看到，一條指令何時占用總線，要由專門的時鐘脈沖産生的時鐘信号決定。

計算機還有一個DMA結構，當進行DMA操作時，cpu可以讓出自己對總線的控制權。

也就是說，總線上什麼時候有何種信号，什麼時候沒有，信号持續時間多長，甚至cpu的總線控制權都可以出讓，這些都屬于總線控制的内容。

中斷控制器用于控制各種各樣的中斷請求，并根據優先級的高低 對中斷請求進行排隊，逐個交給CPU處理。

上圖中有多個中斷源，這些中斷有可能同時産生中斷請求，為了對這種情況進行管理，每個中斷源都被賦予了一個優先級，以保證某個時刻隻有一個中斷可以得到響應。中斷控制器有的在cpu芯片外部，比如8259A中斷控制器，也有集成在cpu芯片内部的，例如ARM 的

Cortex系列。

按照上面的叙述，計算機控制器的功能主要包括：

指令控制、時序控制、總線控制和中斷控制等。

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