Đơn vị điều khiển chương trình PCU thực hiện việc phát sinh ra các địa chỉ chương trình , tìm kiếm lệnh, giải mã lệnh, điều khiển lặp và xử lý các ngắt. PCU bao gồm bộ điều khiển giải mã chương trình PDC, bộ phát sinh địa chỉ chương trình PAG và bộ điều khiển ngắt chương trình PIC.
Bộ điều khiển mã chương trình PDC 24 bits thực hiện giải mã các lệnh, đồng thời giữ lại một bản sao của lệnh phục vụ cho lệnh nhảy JMP và lệnh lặp REP.
Bộ phát sinh địa chỉ chương trình PAG chứa bộ đếm chương trình PC, thanh ghi địa chỉ lặp LA, bộ đếm lặp lại LC, con trá Stack SP, thanh ghi kiểu hoạt động OMR và thanh ghi trạng thái SR.
Khi thực hiện các vòng lặp , thanh ghi LC nạp số lần thực hiện vòng lặp, thanh ghi LA nạp địa chỉ lệnh cuối cùng và kích hoạt cờ vòng lặp trong thanh ghi SR. Khi thực hiện các vòng lặp lồng vào nhau thì trước khi thực hiện lệnh các giá trị của thanh ghi LA, LC , SR và địa chỉ của lệnh đầu tiên trong vòng lặp được gửi vào Stack . Trong khi cờ vòng lặp ở SR được kích hoạt, một mạch kiểm tra vòng lặp trong PDC sẽ so sánh giá trị trong PC với giá trị trong LA để tìm kiếm lệnh cuối cùng sau đó kiểm tra giá trị trong thanh ghi LC. Nếu giá trị của LC bằng 1 thì LC,
LA và các cờ vòng lặp trong thanh ghi SR được nạp lại với giá trị trong Stack. Nếu giá trị LC khác 1 thì nó sẽ giảm đi 1 và SS được nạp vào PC địa chỉ của lệnh đầu tiên trong vòng lặp.
Bộ điều khiển ngắt chương trình PIC nhận tất cả các yêu cầu ngắt, phân xử chúng và đưa ra địa chỉ vector ngắt. Các ngắt được phân chia ra thành 4 mức ưu tiên khác nhau từ 0 đến 3. Mức 0,1,2 tương ứng với các ngắt có thể chắn được, mức 3 tương ứng với các ngắt không thể che được.
Ta có cấu trúc đơn vị điều khiển chương trình PCU như sau:
Hình 13: Sơ đồ khối đơn vị điều khiển chương trình.