工控板控制器的功能

　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：控制器、運(yùn)算器、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備，其中，控制器和運(yùn)算器統(tǒng)稱為處理器。簡(jiǎn)稱CPU.它是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的指揮.它包括控制器和運(yùn)算器兩個(gè)部件,其中,控制器的功能是控制計(jì)算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作,運(yùn)算器則是負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

　　控制器(英文名稱:controller)是指按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向的主令裝置。由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的"決策機(jī)構(gòu)"，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。

　　要增加一條機(jī)器指令，只需在控制存儲(chǔ)器中增加一段微程序，但是，它是通過(guò)執(zhí)行一段微程序。具體對(duì)比如下：組合邏輯控制器又稱硬布線控制器，由邏輯電路構(gòu)成，完全靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)指令的功能。

　　(一) 運(yùn)算器

　　1、 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU(Arithmetic and Logic Unit)

　　ALU主要完成對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算(加減乘除)、邏輯運(yùn)算(與或非異或)以及移位操作。在某些CPU中還有專(zhuān)門(mén)用于處理移位操作的移位器。

　　通常ALU由兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。整數(shù)單元有時(shí)也稱為IEU(Integer Execution Unit)。我們通常所說(shuō)的“CPU是XX位的”就是指ALU所能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)。

　　2、 浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU(Floating Point Unit)

　　FPU主要負(fù)責(zé)浮點(diǎn)運(yùn)算和高精度整數(shù)運(yùn)算。有些FPU還具有向量運(yùn)算的功能，另外一些則有專(zhuān)門(mén)的向量處理單元。

　　3、通用寄存器組

　　通用寄存器組是一組最快的存儲(chǔ)器，用來(lái)保存參加運(yùn)算的操作數(shù)和中間結(jié)果。

　　在通用寄存器的設(shè)計(jì)上，RISC與CISC有著很大的不同。CISC的寄存器通常很少，主要是受了當(dāng)時(shí)硬件成本所限。比如x86指令集只有8個(gè)通用寄存器。所以，CISC的CPU執(zhí)行是大多數(shù)時(shí)間是在訪問(wèn)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，而不是寄存器中的。這就拖慢了整個(gè)系統(tǒng)的速度。而RISC系統(tǒng)往往具有非常多的通用寄存器，并采用了重疊寄存器窗口和寄存器堆等技術(shù)使寄存器資源得到充分的利用。

　　對(duì)于x86指令集只支持8個(gè)通用寄存器的缺點(diǎn)，Intel和AMD的最新CPU都采用了一種叫做“寄存器重命名”的技術(shù)，這種技術(shù)使x86CPU的寄存器可以突破8個(gè)的限制，達(dá)到32個(gè)甚至更多。不過(guò)，相對(duì)于RISC來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)的寄存器操作要多出一個(gè)時(shí)鐘周期，用來(lái)對(duì)寄存器進(jìn)行重命名。

　　4、 專(zhuān)用寄存器

　　專(zhuān)用寄存器通常是一些狀態(tài)寄存器，不能通過(guò)程序改變，由CPU自己控制，表明某種狀態(tài)。

　　(二) 控制器

　　運(yùn)算器只能完成運(yùn)算，而控制器用于控制著整個(gè)CPU的工作。

　　1、 指令控制器

　　指令控制器是控制器中相當(dāng)重要的部分，它要完成取指令、分析指令等操作，然后交給執(zhí)行單元(ALU或FPU)來(lái)執(zhí)行，同時(shí)還要形成下一條指令的地址。

　　2、 時(shí)序控制器

　　時(shí)序控制器的作用是為每條指令按時(shí)間順序提供控制信號(hào)。時(shí)序控制器包括時(shí)鐘發(fā)生器和倍頻定義單元，其中時(shí)鐘發(fā)生器由石英晶體振蕩器發(fā)出非常穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，就是CPU的主頻;而倍頻定義單元?jiǎng)t定義了CPU主頻是存儲(chǔ)器頻率(總線頻率)的幾倍。

　　3、 總線控制器

　　總線控制器主要用于控制CPU的內(nèi)外部總線，包括地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線等等。

　　4、中斷控制器

　　中斷控制器用于控制各種各樣的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)優(yōu)先級(jí)的高低對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)，逐個(gè)交給CPU處理。