根據(jù)設(shè)計(jì)方法不同，操作控制器可分為組合邏輯型、存儲(chǔ)邏輯型、組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型三種。第一種稱為常規(guī)控制器，它是采用組合邏輯技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的;第二種稱為微程序控制器，它是采用存儲(chǔ)邏輯來實(shí)現(xiàn)的;第三種稱為PLA控制器，它是吸收前兩種的設(shè)計(jì)思想來實(shí)現(xiàn)的。
（8）時(shí)序產(chǎn)生器
CPU中除了操作控制器外，還必須有時(shí)序產(chǎn)生器，因?yàn)橛?jì)算機(jī)高速地進(jìn)行工作，每一動(dòng)作的時(shí)間是非常嚴(yán)格的，不能有任何差錯(cuò)。時(shí)序產(chǎn)生器的作用，就是對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的控制。
2.控制器的組成
運(yùn)算器包括ALU、累加器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)寄存器，而控制器的核心是操作控制器，圍繞它的有程序計(jì)數(shù)器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）和時(shí)序產(chǎn)生器。
八、存儲(chǔ)器
1.存儲(chǔ)器的基本組成及其讀寫操作
（1）存儲(chǔ)器的基本組成部分
主存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)體、地址譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路、讀寫電路和控制電路等組成。主存儲(chǔ)器的主要功能是:①存儲(chǔ)體:是信息存儲(chǔ)的集合體，由某種存儲(chǔ)介質(zhì)按一定結(jié)構(gòu)組成的存儲(chǔ)單元的集合。通常是二維陣列組織，是可供CPU和計(jì)算機(jī)其他部件訪問的地址空間。來源：www.examda.com
②地址寄存器、譯碼電路與驅(qū)動(dòng)器:即尋址系統(tǒng)，將CPU確定的地址先送至地址寄存器中，然后根據(jù)譯碼電路找到應(yīng)訪問的存儲(chǔ)單元。在存儲(chǔ)與譯碼器之間的驅(qū)動(dòng)器的功能是減輕譯碼線驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力。由于一條譯碼線需要與它控制的所有存儲(chǔ)單元相聯(lián)，其負(fù)載很大。需要增加驅(qū)動(dòng)器，以譯碼線連接驅(qū)動(dòng)器的輸入端，由驅(qū)動(dòng)器的輸出端控制連接在譯碼線上的所有存儲(chǔ)單元。
③讀寫電路與數(shù)據(jù)寄存器:根據(jù)CPU的命令，將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器中寫入存儲(chǔ)體中特定的存儲(chǔ)單元或?qū)⒋鎯?chǔ)體中指定單元的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)寄存器中。
④控制電路:接收CPU傳來的控制命令，經(jīng)過控制電路一系列的處理，產(chǎn)生一組時(shí)序信號(hào)控制存儲(chǔ)器的操作。
在存儲(chǔ)器的組成中，存儲(chǔ)體是核心，其余部分是存儲(chǔ)的外圍線路。不同的存儲(chǔ)器都是由這幾部分組成，只是在選用不同的存儲(chǔ)介質(zhì)和不同的存取方式時(shí)，各部分的結(jié)構(gòu)與工作方式略有變化。
（2）存儲(chǔ)體陣列
計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的是“0”和“1”的信息，每一個(gè)能存取一位二進(jìn)制并能保持兩種狀態(tài)的元件稱為記憶元件。若干記憶元件組成存儲(chǔ)單元，一個(gè)存儲(chǔ)單元能夠存取一個(gè)或幾個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制信息。每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)地址編號(hào)，用以標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)單元的位置。信息按地址存入指定的存儲(chǔ)單元中，按地址從指定的存儲(chǔ)單元中取出。存儲(chǔ)單元的集合稱為存儲(chǔ)體。由于存儲(chǔ)體中存儲(chǔ)單元的每個(gè)二進(jìn)制位必須并行工作，因此將存儲(chǔ)單元按其地址的順序組成存儲(chǔ)陣列。來源：www.examda.com
（3）存儲(chǔ)器的地址譯碼系統(tǒng)
CPU要訪問存儲(chǔ)單元的地址由地址總線輸入到地址寄存器中。地址譯碼器將地址轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)地址線（字線）上的控制信號(hào)，以表示選中某一單元，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的讀寫電路，完成對(duì)存儲(chǔ)單元的讀寫操作。
地址譯碼為兩種方式:一種是單譯碼方式，僅有一個(gè)譯碼器。譯碼器輸出的每條譯碼線對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)單元。如地址位數(shù)N=10，即譯碼器可以有2 10 =1024種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)有1024條譯碼線（字線）即1024個(gè)存儲(chǔ)單元。另外一種是雙譯碼方式，將譯碼器分成X向和Y向兩個(gè)譯碼器，通過雙譯碼器的相互作用確定存儲(chǔ)單元的地址。
設(shè)地址長度n仍為10，將其中的前5位輸入到X地址譯碼器中，譯出X0 到X31 譯碼線，分別選擇0～31行。將后5位輸入到Y(jié)地址譯碼器中譯出Y0 到Y(jié)31 譯碼線，分別選擇0～31列。X向譯碼器和Y向譯碼器引出的地址線都是2 5 =32條。若采用X向和Y向交叉選擇，可以選擇從存儲(chǔ)單元（0，0）至（31，31）共2 5 ×2 5 =1024個(gè)存儲(chǔ)單元地址。即同樣可以提供1024種狀態(tài)，而地址線只需要64條，比單譯碼器節(jié)省93.75%的地址線。
（4）存儲(chǔ)器的讀寫操作
在CPU向存儲(chǔ)體發(fā)生讀操作命令時(shí)，首先由CPU將相應(yīng)存儲(chǔ)單元的地址碼送至地址寄存器中;地址譯碼器將地址寄存器中的地址編碼譯成相應(yīng)地址線（字線）的高電位，標(biāo)志指定的存儲(chǔ)單元;然后在CPU的統(tǒng)一控制下，由控制電路將讀命令轉(zhuǎn)換成讀寫電路的操作，執(zhí)行將指定存儲(chǔ)單元的內(nèi)容傳送到數(shù)據(jù)寄存器的操作，完成了整個(gè)存儲(chǔ)器讀的操作。存儲(chǔ)器寫的操作與讀的操作相類似。
不同類型的存儲(chǔ)器根據(jù)其特點(diǎn)有不同的讀寫操作控制電路、控制機(jī)構(gòu)、讀寫電路及地址譯碼器，但它們的基本操作原理大同小異。
2.RAM的結(jié)構(gòu)、組織及其應(yīng)用
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器有體積小、存取速度快、生產(chǎn)制造易于自動(dòng)化等特點(diǎn)，其性能價(jià)格比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁芯存儲(chǔ)器，因而得到廣泛的應(yīng)用。
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的種類很多，就其制造工藝可以分成雙極型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和金屬-氧化物-半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（簡稱MOS型存儲(chǔ)器）。MOS型存儲(chǔ)器按其工作狀態(tài)又可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器必須增設(shè)恢復(fù)信息的電路，外部線路復(fù)雜。但其內(nèi)部線路簡單，集成度高，價(jià)格較靜態(tài)存儲(chǔ)器便宜。因此經(jīng)常用做大容量的RAM。
靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的主要差別在于:靜態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息不會(huì)自動(dòng)消失，而動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息需要在再生過程的幫助下才能保持。但無論雙極型或MOS型存儲(chǔ)器，其保持的信息將隨電源的撤消而消失。
（1）RAM的組織
半導(dǎo)體RAM芯片是在半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路工藝支持下的產(chǎn)物。一般計(jì)算機(jī)中使用的RAM芯片均是有自己的存儲(chǔ)體陣列、譯碼電路、讀寫控制電路和I/O電路。
①RAM的并聯(lián)
為擴(kuò)展存儲(chǔ)器的字長，可以采用并聯(lián)存儲(chǔ)器芯片的方式實(shí)現(xiàn)。
②RAM的串聯(lián)
為擴(kuò)展存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元數(shù)量，可以采用多個(gè)芯片地址串聯(lián)的方式解決。
③地址復(fù)用的RAM組織
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使得一塊存儲(chǔ)器芯片能夠容納更多的內(nèi)容。其所需地址線隨之增加，為了保持芯片的外部封裝不變，一般采用地址復(fù)用的技術(shù)，采用地址分批送入的結(jié)構(gòu)保證不增加芯片的地址引腳。
（2）RAM的實(shí)際應(yīng)用
由于一個(gè)存儲(chǔ)器的芯片一般不能滿足使用的要求，所以通常將若干個(gè)存儲(chǔ)器芯片按串聯(lián)和并聯(lián)的兩種方式相結(jié)合連接，組成一定容量和位數(shù)的存儲(chǔ)器。
如果設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器容量有x字，字長為y，而采用的芯片為N×M位。要組成滿足字長要求的存儲(chǔ)器所需芯片數(shù)為:y/M。根據(jù)容量要求，組成要求容量的RAM所需芯片數(shù)為:（x/N）×（y/M）。
3.ROM的工作原理及其應(yīng)用
使用時(shí)只讀出不寫入的存儲(chǔ)器稱為只讀存儲(chǔ)器（ROM）。ROM中的信息一旦寫入就不能進(jìn)行修改，其信息斷電之后也仍然保留。一般用于存放微程序、固定子程序、字母符號(hào)陣列等信息。ROM和RAM相比，使用時(shí)不需寫入、再生和刷新等操作，所以其電路比較簡單，但同樣有地址譯碼器、數(shù)據(jù)讀出電路等。制作ROM的半導(dǎo)體材料有二極管、MOS電路和雙極型晶體管等。因制造工藝和功能不同，一般分為普通ROM、可編程ROM（PROM）、可擦寫可編程ROM（EPROM）和電可擦寫可編程ROM（EEPROM）等。
（1）ROM的工作原理
一般的ROM使用掩模式ROM。這類ROM由生產(chǎn)廠家做成，用戶不能加以修改。
掩模ROM的特點(diǎn)是其存儲(chǔ)內(nèi)容出廠時(shí)由生產(chǎn)廠家一次制成，用戶不能對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行修改，而依賴于生產(chǎn)廠家，這種RAM適用于定型批量制作。在實(shí)際使用過程中，部分用戶希望自己根據(jù)需要填寫ROM的內(nèi)容，因此產(chǎn)生可編程ROM（PROM）。PROM與掩模ROM的主要區(qū)別是PROM在出廠時(shí)其內(nèi)容均為“0”或“1”，用戶在使用前按照自己的需要利用工具將編碼寫入PROM中，一次寫入不可修改。PROM的使用相當(dāng)于由用戶RAM生產(chǎn)中的最后一道工序———向RAM中寫入編碼，其余同掩模RAM的使用完全相同。
（2）EPROM和EEPROM的工作原理
為了適應(yīng)程序調(diào)試的要求，針對(duì)一般PROM的不可修改特性，設(shè)計(jì)出可以多次擦寫的可編程ROM（EPROM）。其特點(diǎn)是可以根據(jù)用戶的要求用工具擦去RAM中原有的存儲(chǔ)內(nèi)容，重新寫入新的編碼。擦除和寫入可以根據(jù)用戶的要求用工具擦去RAM中原有的存儲(chǔ)內(nèi)容，重新寫入新的編碼。擦除和寫入可以多次進(jìn)行，其信息的內(nèi)容同樣不會(huì)因斷電而丟失。最常見的EˉPROM是UVEPROM，其存儲(chǔ)元件常用浮置柵型MOS管組成。出廠時(shí)全部置“0”或“1”，由用戶通過高壓脈沖寫入信息。擦寫時(shí)通過其外部的一個(gè)石英玻璃窗，利用紫外線的照射，使浮柵上的電荷獲得高能而泄漏，恢復(fù)原有的全“0”或“1”狀態(tài)，允許用戶重新寫入信息。平時(shí)窗口上必須貼有不透明膠紙，以防光線進(jìn)入而造成信息流失。
另有一種EPROM是通過電氣方法擦除其中的已有內(nèi)容，也稱為電可擦寫編程ROM（EEPROM）。
4.外存儲(chǔ)器的工作原理
外存儲(chǔ)器是指那些不能被CPU直接訪問的，讀取速度較內(nèi)存慢，容量比內(nèi)存大，通常用來存放不常用的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。磁帶、磁盤存儲(chǔ)器是現(xiàn)今最常用的外存，因其利用磁表面介質(zhì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通常也稱為磁表面存儲(chǔ)器。而光盤是外存發(fā)展的方向，有必要了解它們的原理和應(yīng)用。
（1）磁盤存儲(chǔ)器
磁盤存儲(chǔ)器具有容量大，存取速度高（相對(duì)其他種類外存儲(chǔ)器）的特點(diǎn)，因而在各種類型的計(jì)算機(jī)中普遍被用做主要的外存儲(chǔ)器。磁盤存儲(chǔ)器避免了磁帶存儲(chǔ)的缺點(diǎn)。磁盤存儲(chǔ)器將磁性材料涂粘在以某種材料為主的盤形圓片上，用若干封閉的圓形磁道代替了磁帶的長形磁道。使用時(shí)，通過磁盤面的高速旋轉(zhuǎn)代替磁帶的直線運(yùn)動(dòng)，減少尋找特定位置的時(shí)間。
磁盤存儲(chǔ)器由磁盤、磁頭、定位系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)等部分組成，一般也將這些部件統(tǒng)稱為磁盤驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)盤片的基本組成材料將磁盤分為硬盤和軟盤兩種。所謂硬盤是指由金屬材料制成一定厚度的盤片基體，這些盤片一般組合成盤片組構(gòu)成硬盤驅(qū)動(dòng)器的存儲(chǔ)主體。
軟盤和硬盤盤片記錄信息的方式相同，都是將每個(gè)盤面由外向內(nèi)分成若干個(gè)磁道，每個(gè)磁道也劃分為多個(gè)扇區(qū)，信息以扇區(qū)為單位存儲(chǔ)。
扇區(qū)是磁盤存放信息的最小物理單位。扇區(qū)包括頭空、序標(biāo)、數(shù)據(jù)區(qū)、檢驗(yàn)字段和尾空等幾個(gè)部分。通常對(duì)磁盤進(jìn)行的所謂格式化操作就是在磁盤上劃分磁道、扇區(qū)及扇區(qū)內(nèi)各特定區(qū)域，剛出廠的磁盤上沒有這些劃分，所以必須在格式化后才能使用。磁盤區(qū)域的劃分隨計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而不同，其存儲(chǔ)容量也有較大的差別。但可以通過查閱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相應(yīng)的說明掌握磁盤容量的數(shù)據(jù)。計(jì)算一個(gè)磁盤容量的公式是:
磁盤存儲(chǔ)容量=盤面數(shù)×每盤面磁道數(shù)×每磁道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)存儲(chǔ)容量