根據設計方法不同，操作控制器可分為組合邏輯型、存儲邏輯型、組合邏輯與存儲邏輯結合型三種。第一種稱為常規(guī)控制器，它是采用組合邏輯技術來實現的;第二種稱為微程序控制器，它是采用存儲邏輯來實現的;第三種稱為PLA控制器，它是吸收前兩種的設計思想來實現的。
（8）時序產生器
CPU中除了操作控制器外，還必須有時序產生器，因為計算機高速地進行工作，每一動作的時間是非常嚴格的，不能有任何差錯。時序產生器的作用，就是對各種操作實施時間上的控制。
2.控制器的組成
運算器包括ALU、累加器、數據緩沖寄存器和狀態(tài)寄存器，而控制器的核心是操作控制器，圍繞它的有程序計數器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）和時序產生器。
八、存儲器
1.存儲器的基本組成及其讀寫操作
（1）存儲器的基本組成部分
主存儲器由存儲體、地址譯碼電路、驅動電路、讀寫電路和控制電路等組成。主存儲器的主要功能是:①存儲體:是信息存儲的集合體，由某種存儲介質按一定結構組成的存儲單元的集合。通常是二維陣列組織，是可供CPU和計算機其他部件訪問的地址空間。來源：www.examda.com
②地址寄存器、譯碼電路與驅動器:即尋址系統(tǒng)，將CPU確定的地址先送至地址寄存器中，然后根據譯碼電路找到應訪問的存儲單元。在存儲與譯碼器之間的驅動器的功能是減輕譯碼線驅動負載能力。由于一條譯碼線需要與它控制的所有存儲單元相聯(lián)，其負載很大。需要增加驅動器，以譯碼線連接驅動器的輸入端，由驅動器的輸出端控制連接在譯碼線上的所有存儲單元。
③讀寫電路與數據寄存器:根據CPU的命令，將數據從數據寄存器中寫入存儲體中特定的存儲單元或將存儲體中指定單元的內容讀到數據寄存器中。
④控制電路:接收CPU傳來的控制命令，經過控制電路一系列的處理，產生一組時序信號控制存儲器的操作。
在存儲器的組成中，存儲體是核心，其余部分是存儲的外圍線路。不同的存儲器都是由這幾部分組成，只是在選用不同的存儲介質和不同的存取方式時，各部分的結構與工作方式略有變化。
（2）存儲體陣列
計算機存儲器中存儲的是“0”和“1”的信息，每一個能存取一位二進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單元，一個存儲單元能夠存取一個或幾個字節(jié)的二進制信息。每個存儲單元都有一個地址編號，用以標識存儲單元的位置。信息按地址存入指定的存儲單元中，按地址從指定的存儲單元中取出。存儲單元的集合稱為存儲體。由于存儲體中存儲單元的每個二進制位必須并行工作，因此將存儲單元按其地址的順序組成存儲陣列。來源：www.examda.com
（3）存儲器的地址譯碼系統(tǒng)
CPU要訪問存儲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換為對應地址線（字線）上的控制信號，以表示選中某一單元，并驅動相應的讀寫電路，完成對存儲單元的讀寫操作。
地址譯碼為兩種方式:一種是單譯碼方式，僅有一個譯碼器。譯碼器輸出的每條譯碼線對應一個存儲單元。如地址位數N=10，即譯碼器可以有2 10 =1024種狀態(tài)，對應有1024條譯碼線（字線）即1024個存儲單元。另外一種是雙譯碼方式，將譯碼器分成X向和Y向兩個譯碼器，通過雙譯碼器的相互作用確定存儲單元的地址。
設地址長度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地址譯碼器中譯出Y0 到Y31 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，可以選擇從存儲單元（0，0）至（31，31）共2 5 ×2 5 =1024個存儲單元地址。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）存儲器的讀寫操作
在CPU向存儲體發(fā)生讀操作命令時，首先由CPU將相應存儲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地址線（字線）的高電位，標志指定的存儲單元;然后在CPU的統(tǒng)一控制下，由控制電路將讀命令轉換成讀寫電路的操作，執(zhí)行將指定存儲單元的內容傳送到數據寄存器的操作，完成了整個存儲器讀的操作。存儲器寫的操作與讀的操作相類似。
不同類型的存儲器根據其特點有不同的讀寫操作控制電路、控制機構、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的結構、組織及其應用
半導體存儲器有體積小、存取速度快、生產制造易于自動化等特點，其性能價格比遠遠高于磁芯存儲器，因而得到廣泛的應用。
半導體存儲器的種類很多，就其制造工藝可以分成雙極型半導體存儲器和金屬-氧化物-半導體存儲器（簡稱MOS型存儲器）。MOS型存儲器按其工作狀態(tài)又可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。動態(tài)存儲器必須增設恢復信息的電路，外部線路復雜。但其內部線路簡單，集成度高，價格較靜態(tài)存儲器便宜。因此經常用做大容量的RAM。
靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器的主要差別在于:靜態(tài)存儲器存儲的信息不會自動消失，而動態(tài)存儲器存儲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型存儲器，其保持的信息將隨電源的撤消而消失。
（1）RAM的組織
半導體RAM芯片是在半導體技術和集成電路工藝支持下的產物。一般計算機中使用的RAM芯片均是有自己的存儲體陣列、譯碼電路、讀寫控制電路和I/O電路。
①RAM的并聯(lián)
為擴展存儲器的字長，可以采用并聯(lián)存儲器芯片的方式實現。
②RAM的串聯(lián)
為擴展存儲器的存儲單元數量，可以采用多個芯片地址串聯(lián)的方式解決。
③地址復用的RAM組織
隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，使得一塊存儲器芯片能夠容納更多的內容。其所需地址線隨之增加，為了保持芯片的外部封裝不變，一般采用地址復用的技術，采用地址分批送入的結構保證不增加芯片的地址引腳。
（2）RAM的實際應用
由于一個存儲器的芯片一般不能滿足使用的要求，所以通常將若干個存儲器芯片按串聯(lián)和并聯(lián)的兩種方式相結合連接，組成一定容量和位數的存儲器。
如果設計的存儲器容量有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器所需芯片數為:y/M。根據容量要求，組成要求容量的RAM所需芯片數為:（x/N）×（y/M）。
3.ROM的工作原理及其應用
使用時只讀出不寫入的存儲器稱為只讀存儲器（ROM）。ROM中的信息一旦寫入就不能進行修改，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、字母符號陣列等信息。ROM和RAM相比，使用時不需寫入、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、數據讀出電路等。制作ROM的半導體材料有二極管、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由生產廠家做成，用戶不能加以修改。
掩模ROM的特點是其存儲內容出廠時由生產廠家一次制成，用戶不能對其內容進行修改，而依賴于生產廠家，這種RAM適用于定型批量制作。在實際使用過程中，部分用戶希望自己根據需要填寫ROM的內容，因此產生可編程ROM（PROM）。PROM與掩模ROM的主要區(qū)別是PROM在出廠時其內容均為“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的使用相當于由用戶RAM生產中的最后一道工序———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
為了適應程序調試的要求，針對一般PROM的不可修改特性，設計出可以多次擦寫的可編程ROM（EPROM）。其特點是可以根據用戶的要求用工具擦去RAM中原有的存儲內容，重新寫入新的編碼。擦除和寫入可以根據用戶的要求用工具擦去RAM中原有的存儲內容，重新寫入新的編碼。擦除和寫入可以多次進行，其信息的內容同樣不會因斷電而丟失。最常見的EˉPROM是UVEPROM，其存儲元件常用浮置柵型MOS管組成。出廠時全部置“0”或“1”，由用戶通過高壓脈沖寫入信息。擦寫時通過其外部的一個石英玻璃窗，利用紫外線的照射，使浮柵上的電荷獲得高能而泄漏，恢復原有的全“0”或“1”狀態(tài)，允許用戶重新寫入信息。平時窗口上必須貼有不透明膠紙，以防光線進入而造成信息流失。
另有一種EPROM是通過電氣方法擦除其中的已有內容，也稱為電可擦寫編程ROM（EEPROM）。
4.外存儲器的工作原理
外存儲器是指那些不能被CPU直接訪問的，讀取速度較內存慢，容量比內存大，通常用來存放不常用的程序和數據的存儲器。磁帶、磁盤存儲器是現今最常用的外存，因其利用磁表面介質存儲數據，通常也稱為磁表面存儲器。而光盤是外存發(fā)展的方向，有必要了解它們的原理和應用。
（1）磁盤存儲器
磁盤存儲器具有容量大，存取速度高（相對其他種類外存儲器）的特點，因而在各種類型的計算機中普遍被用做主要的外存儲器。磁盤存儲器避免了磁帶存儲的缺點。磁盤存儲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，通過磁盤面的高速旋轉代替磁帶的直線運動，減少尋找特定位置的時間。
磁盤存儲器由磁盤、磁頭、定位系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)等部分組成，一般也將這些部件統(tǒng)稱為磁盤驅動器。根據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成硬盤驅動器的存儲主體。
軟盤和硬盤盤片記錄信息的方式相同，都是將每個盤面由外向內分成若干個磁道，每個磁道也劃分為多個扇區(qū)，信息以扇區(qū)為單位存儲。
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、數據區(qū)、檢驗字段和尾空等幾個部分。通常對磁盤進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)域的劃分隨計算機系統(tǒng)而不同，其存儲容量也有較大的差別。但可以通過查閱計算機系統(tǒng)相應的說明掌握磁盤容量的數據。計算一個磁盤容量的公式是:
磁盤存儲容量=盤面數×每盤面磁道數×每磁道扇區(qū)數×每扇區(qū)存儲容量