计算机控制器 计算机的指挥中心：控制器，使计算机的各个部件自动协调工作

控制器是计算机的指挥中心，使计算机的各个部分自动协调工作。控制器工作的本质是解释程序和执行指令。它一次从内存中读取一条指令，经过分析解码后生成一系列操作命令，并发送给各个组件，控制各个组件的动作，使整个计算机能够连续有序的工作，也就是执行程序。

计算机中流动的信息有两种:一种是控制信息，即操作命令，流向各个部件；一个是数据信息，由控制信息控制。它从一个组件流向另一个组件，并在流动时进行处理。控制信息的发源地是控制器，控制器生成控制信息的依据来自以下三个方面(见图1-6):首先，指令存储在指令寄存器中，指令是计算机运行的主要依据；第二个是各个组件的状态触发器，存储反映计算机运行状态的相关信息。在计算机运行过程中，根据各个组件的即时状态，下一步操作是依次执行下一条指令，转移执行其他指令，或者转到其他操作；三是定时电路，可以产生各种定时信号，使控制器的操作指令有序发出，保证整个计算机的协调工作，不会造成操作命令之间的冲突或顺序上的错误。

图1-6控制器结构示意图

当计算机进行计算时，指令必须按一定的顺序一条一条地运行。控制器的基本任务是从内存中取出一条指令，按照程序安排的指令顺序放入控制器，由解码器分析判断指令的操作码，然后根据指令的性质执行指令，进行相应的操作。然后从内存中取出第二条指令，然后执行这条指令。等等。通常，一段时间的指令提取称为提取周期，而一段时间的指令执行称为执行周期。因此，控制器在获取周期和执行周期之间反复交替。每次提取指令时，控制器的指令计数器都会增加1，为下一条指令做准备，这就是指令顺序存储在内存中的原因。

一般来说，算术单元和控制器被称为中央处理器，简称CPU。而CPU和内存一起叫做主机。因为计算机只使用两个二进制数，0和1，所以比特被用作数字计算机的最小信息单位。当中央处理器向内存发送信息或从内存中取出信息时，它不能访问一个位，而是以更大的信息单位工作，如字节或字。一个字节由8位二进制信息组成，而一个字至少由一个字节组成。组成一个单词的二进制数字的数量通常被称为单词长度。比如微型计算机的字长可以小到8位，而大型机的字长可以大到64位。

因为计算机使用的信息既有指令又有数据，所以计算机文字既可以表示指令，也可以表示数据。如果一个字代表处理过的数据，就叫数据字；如果一个字是指令，就叫指令字。指令和数据存储在内存中。从形式上看，都是二进制数据，似乎很难区分哪些是指令，哪些是数据。控制器可以完全区分两者。一般来说，取指令周期从内存中读取的信息流是指令流，流向控制器；执行周期内从内存中读取的信息流为数据流，从内存流向运算单元。显然，有些指令在执行过程中需要访问内存两次，一次是取指令，一次是取数据。