控制器是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(InstructionRegister)、程序計數(shù)器PC(ProgramCounter)和操作控制器0C(OperationController)三個部件組成，對協(xié)調(diào)整個電腦有序工作極為重要。
指令寄存器
指令寄存器：用以保存當(dāng)前執(zhí)行或即將執(zhí)行的指令的一種寄存器。指令內(nèi)包含有確定操作類型的操作碼和指出操作數(shù)來源或去向的地址。指令長度隨不同計算機(jī)而異，指令寄存器的長度也隨之而異。計算機(jī)的所有操作都是通過分析存放在指令寄存器中的指令后再執(zhí)行的。指令寄存器的輸人端接收來自存儲器的指令，指令寄存器的輸出端分為兩部分。操作碼部分送到譯碼電路進(jìn)行分析，指出本指令該執(zhí)行何種類型的操作;地址部分送到地址加法器生成有效地址后再送到存儲器，作為取數(shù)或存數(shù)的地址。存儲
控制器
器可以指主存、高速緩存或寄存器棧等用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)寄存器（DR）中，然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進(jìn)制數(shù)字組成。為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進(jìn)行測試，以便識別所要求的操作。指令譯碼器就是做這項工作的。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經(jīng)譯碼后，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。
程序計數(shù)器
程序計數(shù)器：指明程序中下一次要執(zhí)行的指令地址的一種計數(shù)器，又稱指令計數(shù)器。它兼有指令地址寄存器和計數(shù)器的功能。當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢的時候，程序計數(shù)器作為指令地址寄存器，其內(nèi)容必須已經(jīng)改變成下一條指令的地址，從而使程序得以持續(xù)運行。為此可采取以下兩種辦法：
第一種辦法是在指令中包含了下一條指令的地址。在指令執(zhí)行過程中將這個地址送人指令地址寄存器即可達(dá)到程序持續(xù)運行的目的。這個方法適用于早期以磁鼓、延遲線等串行裝置作為主存儲器的計算機(jī)。根據(jù)本條指令的執(zhí)行時間恰當(dāng)?shù)貨Q定下一條指令的地址就可以縮短讀取下一條指令的等待時間，從而收到提高程序運行速度的效果。
第二種辦法是順序執(zhí)行指令。一個程序由若干個程序段組成，每個程序段的指令可以設(shè)計成順序地存放在存儲器之中，所以只要指令地址寄存器兼有計數(shù)功能，在執(zhí)行指令的過程中進(jìn)行計數(shù)，自動加一個增量，就可以形成下一條指令的地址
控制器
，從而達(dá)到順序執(zhí)行指令的目的。這個辦法適用于以隨機(jī)存儲器作為主存儲器的計算機(jī)。當(dāng)程序的運行需要從一個程序段轉(zhuǎn)向另一個程序段時，可以利用轉(zhuǎn)移指令來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)移指令中包含了即將轉(zhuǎn)去的程序段入口指令的地址。執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時將這個地址送人程序計數(shù)器(此時只作為指令地址寄存器，不計數(shù))作為下一條指令的地址，從而達(dá)到轉(zhuǎn)移程序段的目的。子程序的調(diào)用、中斷和陷阱的處理等都用類似的方法。在隨機(jī)存取存儲器普及以后，第二種辦法的整體運行效果大大地優(yōu)于第一種辦法，因而順序執(zhí)行指令已經(jīng)成為主流計算機(jī)普遍采用的辦法，程序計數(shù)器就成為中央處理器不可或缺的一個控制部件
操作控制器
CPU內(nèi)的每個功能部件都完成一定的特定功能。信息在各部件之間傳送及數(shù)據(jù)的流動控制部件的實現(xiàn)。通常把許多數(shù)字部件之間傳送信息的通路稱為“數(shù)據(jù)通路”。信息從什么地方開始，中間經(jīng)過哪個寄存器或多路開關(guān)，最后傳到哪個寄存器，都要加以控制。在各寄存器之間建立數(shù)據(jù)通路的任務(wù)，是由稱為“操作控制器”的部件來完成的。
操作控制器的功能就是根據(jù)指令操作碼和時序信號，產(chǎn)生各種操作控制信號，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。
工作原理
有兩種由于設(shè)計方法不同因而結(jié)構(gòu)也不同的控制器。微操作是指不可再分解的操作，進(jìn)行微操作總是需要相應(yīng)的控制信號(稱為微操作控制信號或微操作命令)。一臺數(shù)字計算機(jī)基本上可以劃分為兩大部分---控制部件和執(zhí)行部件。控制器就是控制部件，而運算器、存儲器、外圍設(shè)備相對控制器來說就是執(zhí)行部件�？刂撇考c執(zhí)行部件的一種聯(lián)系就是通過控制線。控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令，通常這種控制命令叫做微命令，而執(zhí)行部件接受微命令后所執(zhí)行的操作就叫做微操作�？刂撇考c執(zhí)行部件之間的另一種聯(lián)系就是反饋信息。執(zhí)行部件通過反饋線向控制部件反映操作情況，以便使得控制部件根據(jù)執(zhí)行部件的狀態(tài)來下達(dá)新的微命令，這也叫做“狀態(tài)測試”。微操作在執(zhí)行部件中是組基本的操作。由于數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)關(guān)系，微操作可分為
控制器
相容性和相斥性兩種。在機(jī)器的一個CPU周期中，一組實現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合，構(gòu)成一條微指令。一般的微指令格式由操作控制和順序控制兩部分構(gòu)成。操作控制部分用來發(fā)出管理和指揮全機(jī)工作的控制信號。其順序控制部分用來決定產(chǎn)生下一個微指令的地址。事實上一條機(jī)器指令的功能是由許多條微指令組成的序列來實現(xiàn)的。這個微指令序列通常叫做微程序。既然微程序是有微指令組成的，那么當(dāng)執(zhí)行當(dāng)前的一條微指令的時候。必須指出后繼微指令的地址，以便當(dāng)前一條微指令執(zhí)行完畢以后，取下一條微指令執(zhí)行。