設備控制器

控制器的作用是控制和協調整個計算機的動作控制通常需要程序計數器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）、定時與控制電路以及脈衝源、中斷等共同完成。控制器由:指令寄存器Instruction Register、指令譯碼器Instruction Decoder、定時與控制電路Programmable Logic Array、程序計數器Program Counter、標誌寄存器Flags Register、堆棧和堆棧指針Stack Pointer、寄存器組等構成。 ^[1] 

CPU可以向控制器發送多種不同的命令，設備控制器應能接收並識別這些命令。為此，在控制器中應具有相應的控制寄存器，用來存放接收的命令和參數，並對所接收的命令進行譯碼。例如，磁盤控制器可以接收CPU發來的Read、Write、Format等15條不同的命令，而且有些命令還帶有參數；相應地，在磁盤控制器中有多個寄存器和命令譯碼器等。

這是指實現CPU與控制器之間、控制器與設備之間的數據交換。對於前者，是通過數據總線，由CPU並行地把數據寫入控制器，或從控制器中並行地讀出數據；對於後者，是設備將數據輸入到控制器，或從控制器傳送給設備。為此，在控制器中須設置數據寄存器。

控制器應記下設備的狀態供CPU瞭解。例如，僅當該設備處於發送就緒狀態時，CPU才能啓動控制器從設備中讀出數據。為此，在控制器中應設置一狀態寄存器，用其中的每一位來反映設備的某一種狀態。當CPU將該寄存器的內容讀入後，便可瞭解該設備的狀態。

就像內存中的每一個單元都有一個地址一樣，系統中的每一個設備也都有一個地址，而設備控制器又必須能夠識別它所控制的每個設備的地址。此外，為使CPU能向(或從)寄存器中寫入(或讀出)數據，這些寄存器都應具有唯一的地址。例如，在IB-MPC機中規定，硬盤控制器中各寄存器的地址分別為320～32F之一。控制器應能正確識別這些地址，為此，在控制器中應配置地址譯碼器。

由於I/O設備的速率較低而CPU和內存的速率卻很高，故在控制器中必須設置一緩衝器。在輸出時，用此緩衝器暫存由主機高速傳來的數據，然後才以I/O設備所具有的速率將緩衝器中的數據傳送給I/O設備；在輸入時，緩衝器則用於暫存從I/O設備送來的數據，待接收到一批數據後，再將緩衝器中的數據高速地傳送給主機。

設備控制器還兼管對由I/O設備傳送來的數據進行差錯檢測。若發現傳送中出現了錯誤，通常是將差錯檢測碼置位，並向CPU報告，於是CPU將本次傳送來的數據作廢，並重新進行一次傳送。這樣便可保證數據輸入的正確性。

該接口用於實現CPU與設備控制器之間的通信。共有三類信號線: 數據線、地址線和控制線。數據線通常與兩類寄存器相連接，第一類是數據寄存器(在控制器中可以有一個或多個數據寄存器，用於存放從設備送來的數據(輸入)或從CPU送來的數據(輸出))；第二類是控制/狀態寄存器(在控制器中可以有一個或多個這類寄存器，用於存放從CPU送來的控制信息或設備的狀態信息)。

在一個設備控制器上，可以連接一個或多個設備。相應地，在控制器中便有一個或多個設備接口，一個接口連接一台設備。在每個接口中都存在數據、控制和狀態三種類型的信號。控制器中的I/O邏輯根據處理機發來的地址信號去選擇一個設備接口。

在設備控制器中的I/O邏輯用於實現對設備的控制。它通過一組控制線與處理機交互，處理機利用該邏輯向控制器發送I/O命令；I/O邏輯對收到的命令進行譯碼。每當CPU要啓動一個設備時，一方面將啓動命令發送給控制器；另一方面又同時通過地址線把地址發送給控制器，由控制器的I/O邏輯對收到的地址進行譯碼，再根據所譯出的命令對所選設備進行控制。