計算機硬件系統通常由運算器部件、控制器部件、存儲器系統、輸入設備和輸出設備這５大部分組成。從圖 可以看到計算機硬件系統的５大功能部件及其連接關系。虛線框內的是控制器部件，另外的４個實線框是其余的４個部件，它們通過數據總線、地址總線和控制總線連接在一起，主要連接關系簡單說明如下：
（1）運算器部件通過數據總線和內存儲器、輸入和輸出設備傳送數據；
（2）輸入和輸出設備通過接口電路與總線相連接；
（3）內存儲器、輸入和輸出設備從地址總線接收地址信息，從控制總線得到控制信號，通過數據總線與其他部件傳送數據；
（4）控制器部件從數據總線接收指令信息，從運算器部件接收指令轉移地址，送出指令地址到地址總線，還要向系統中各部件提供它們運行所需要的控制信號。
作為五大功能部件之一的控制器的作用，是向整機系統的每個部件（包括控制器部件本身）提供它們協同運行所需要的控制信號。計算機的核心功能是提供連續執行指令的能力，而每一條指令往往又要分成幾個執行步驟才得以完成。由此又可以說，控制器的基本功能，是依據當前正在執行的指令和它所處的執行步驟，形成并提供出在這一時刻整機各部件要用到的控制信號。
執行一條指令，通常總是要經過讀取指令、分析指令、執行指令所規定的處理功能三個階段才能完成，這是在控制器的控制下實現的；控制器還要保證計算機能按程序中設定的指令運行次序，自動地連續執行指令序列。為此，控制器部件必須由一些具有不同處理功能的邏輯線路（子部件）組成，圖中也給出了控制器的基本組成，并且表明它在整機中的地位。
組成控制器的４個子部件是：
（1）程序計數器（PC），是用于提供指令在內存中的地址的部件，服務于讀取指令，能執行內容增量和接收新的指令地址，用于給出下一條將要執行的指令的地址。
（2）指令寄存器（IR），是用于接收并保存從內存儲器讀出來的指令內容的部件，在執行本條指令的整個過程中，為系統運行提供指令本身的主要信息。
（3）指令執行的步驟標記線路，用于標記出每條指令的各個執行步驟的相對次序關系，保證每一條指令按設定的步驟序列依次執行。
（4）全部控制信號的產生部件，它依據指令操作碼、指令的執行步驟（時刻），也許還有些另外的條件信號，來形成或提供出當前執行步驟計算機各個部件要用到的控制信號。計算機整機各硬件系統，正是在這些信號控制下協同運行，執行指令，產生預期的執行結果。
依據前述控制器最后兩個組成部分的具體組成與運行原理不同，通常把控制器區分為硬連線控制器和微程序控制器兩大類。
計算機在執行任何一條指令時都是在取指—譯碼—執行的循環中完成的，即執行每一條指令，通常都要經過從內存儲器中讀取指令，經過控制信號產生線路來分析指令，從而提供相關的控制信號，根據控制信號執行指令規定的具體操作功能等幾個操作步驟。
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目的是：
本篇是計算機組成原理之CPU的控制器和運算器
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控制器是CPU的組成部分，用于協調和控制計算機的運行。
控制器的主要部件
下面逐一簡單介紹。
程序計數器（Program Counter）
簡稱PC，用來存儲從內存提取的下一條指令的地址。當CPU執行一條指令時，首先需要根據PC中存放的指令地址，將指令由內存取到指令寄存器中，此過程稱為“取指令”。與此同時，PC中的地址或自動加1或由轉移指針給出下一條指令的地址，此后經過分析指令，執行指令，完成第一條指令的執行，而后根據PC取出第二條指令的地址，如此循環，執行每一條指令，保證程序能夠連續地執行下去。
時序發生器
用于發送時序脈沖，CPU依據不同的時序脈沖有節奏地進行工作，類似于CPU的節拍器。
指令編譯器
用于翻譯指令及控制傳輸指令包含的數據。
指令寄存器
用于緩存從內存或高速緩存里取出的指令，CPU執行指令時，就可以從指令寄存器中取出相關指令來進行執行。
主存地址寄存器
保存當前CPU正要訪問的內存單元的地址，通過總線跟主存通信。
主存數據寄存器
保存當前CPU正要讀或寫的主存數據，通過總線與主存通信。
通用寄存器
用于暫時存放或傳送數據或指令。
運算器是用來進行數據運算加工的。
運算器的主要部件
數據緩沖器
分為輸入緩沖和輸出緩沖，輸入緩沖暫時存放外設送過來的數據，輸出緩沖暫時存放送往外設的數據。
ALU
全稱為算數邏輯單元，是運算器的主要部件，能完成常見的位運算（左移、右移、與、或、非等）和算術運算（加減乘除等）。
狀態字寄存器
存放運算狀態（條件碼、進位、溢出、結果正負等）和運算控制信息。
通用寄存器
暫時存放或傳送數據或指令，保存ALU的運算中間結果。