UNITATE DE CONTROL (CALCUL): COMPONENTE, FUNCȚII - TEHNOLOGIE - 2025

Unitatea de control este un circuit digital care guvernează operațiunile și gestionează toate semnalele de control din cadrul procesorului unui computer. Permite unității logice, memorie și periferice de intrare și ieșire să știe cum să reproducă comenzile primite de la un program. Astfel, dirijează tot fluxul de intrare și ieșire, caută cod pentru operațiunile programului și direcționează alte unități prin trimiterea de semnale de timp și control.

O unitate de control acționează prin admiterea datelor de intrare, pe care le transformă în semnale de control și care sunt transmise ulterior către procesorul central. Procesorul comandă diferitelor dispozitive ce operații trebuie efectuate.

Sursa: pixabay.com

Această unitate este componenta procesorului care acționează ca creierul dvs., generând instrucțiunile pentru aproape toate operațiile și asigurându-se că acestea sunt executate corect.

Exemple de dispozitive care folosesc unități de control sunt unitatea centrală de procesare (CPU) și unitatea de procesare grafică (GPU).

Componente

Pentru a executa o acțiune, unitatea de control a procesorului trebuie să producă semnalul de control necesar în succesiunea corespunzătoare. Există două abordări care sunt utilizate pentru a genera aceste semnale de control în secvența corectă.

Unitate integrată

Unitatea de control este formată din porți logice, flip-flops, circuite digitale, codificatoare și decodere, care sunt conectate într-un mod stabilit.

Poate fi gândit ca un aparat de stat, care variază de la stat la stat în fiecare ciclu de ceas, în funcție de conținutul registrului de instrucțiuni și de intrările externe.

Ieșirea acestui aparat de stare este semnalele de control. Secvența operațiilor efectuate de această mașină este determinată de cablarea elementelor logice. Din acest motiv se numește „integrat”.

Designul se bazează pe o arhitectură specifică. Când sunt necesare modificări la setul de instrucțiuni, trebuie efectuate modificări la cablare și circuit.

Aceasta este baza pentru arhitectura de calcul a setului de instrucțiuni (RISC) redus, care are doar un număr mic de instrucțiuni.

Semnalele de control

Semnalele de control sunt esențiale pentru a direcționa execuția operațiunilor. Acestea sunt diseminate prin circuite logice proiectate expres, în care metoda de generare a semnalelor nu poate fi modificată fără o modificare fizică a structurii circuitului.

Semnalele de control pentru a efectua o operație trebuie să fie transmise nu la un moment dat, ci pe întreaga perioadă de timp corespunzătoare ciclului de execuție a instrucțiunilor.

Codul opțional al unei instrucțiuni include informațiile de bază pentru a transmite semnalul de control.

Decodificator de instrucțiuni

Opcode este decodat în decodorul de instrucțiuni. Acesta este format dintr-un set de decodificatoare care decodează diferitele câmpuri ale codului de operare al instrucțiunii.

Decodorul de instrucțiuni permite unității de control să intre în prima stare asociată cu executarea noii operații, care durează atât timp cât semnalele de sincronizare și alte semnale de intrare rămân neschimbate.

O modificare a oricăruia dintre semnalele de mai sus solicită schimbarea stării unității de control.

Ca urmare, unele linii care ies din instrucțiunea decodificator dobândesc valori în semnal. Aceste linii sunt cuplate la dispozitivul generator de semnal de control pentru diferitele unități ale computerului.

Prin repetarea organizării acestor faze, ordonarea corespunzătoare a stărilor interne este structurată în unitatea de control.

Când o instrucțiune nouă ajunge la unitatea de control, unitățile încorporate sunt în starea inițială pentru a prelua noua instrucțiune.

Unitate microprogramată

Diferența esențială a acestei abordări în ceea ce privește unitatea integrată este existența unui magazin de control, care este utilizat pentru stocarea microprogramelor care includ semnale de control codificate esențiale pentru executarea unei operații.

Codul de operare al instrucțiunii nu trebuie decodat pentru a crea imediat un semnal de control, dar va fi indicată adresa unui microprogram care este stocat în depozitul de control.

Adică semnalele de control atașate cu instrucțiunile sunt stocate în celule de memorie speciale sub formă de firmware înlocuibil.

Unitatea de control microprogramată este mai lentă decât unitatea încorporată datorită timpului necesar pentru restaurarea operațiunilor găsite în unitatea de memorie.

Caracteristici

Este responsabilitatea unității de control să informeze dispozitivele de intrare și ieșire, memoria principală și unitatea logico-aritmetică a computerului cum să reproducă operațiile care sunt emise procesorului.

Reține operațiunile programului în memorie și le duce în registrul procesorului. În funcție de ce include acest registru, unitatea de control creează un semnal care monitorizează performanța acestor operațiuni.

În funcție de tipul de operație pe care o introduceți în unitatea de control, puteți modifica numărul și ordinea pașilor secvențiali generați pentru a selecta și configura părțile procesorului care vor fi utilizate pentru atingerea obiectivului operației, fie că se mișcă, se modifică sau stocați date.

Acest proces de decodare a operațiilor este efectuat din nou pe măsură ce contorul este incrementat la următoarea adresă salvată a programului. De la această adresă, noua operație este introdusă în unitatea de control și așa mai departe până la sfârșitul programului.

Ilustrare

Funcțiile pe care le realizează o unitate de control vor depinde de tipul de procesor, datorită disparităților existente în structura dintre diferitele mărci. Următoarea diagramă ilustrează modul în care sunt procesate instrucțiunile dintr-un program.

Sursa: By Kapooht - Lucrare proprie, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25789639

- Gestionează mai multe sarcini, precum căutarea și regăsirea instrucțiunilor, decodarea, gestionarea execuției și stocarea rezultatelor.

- Primește instrucțiunile sau comenzile externe pe care le transformă într-o secvență de semnale de control.

- Interpretați instrucțiunile.

- Controlează execuția secvențială a instrucțiunilor.

- Coordonează secvența mișcărilor de date în, în afară și între numeroasele subunități ale procesorului.

- Reglează și controlează sincronizarea unităților de execuție, cum ar fi unitatea logică aritmetică, și stocările de date și registrele conținute în procesor.

- Trimite și primește semnale de control altor dispozitive de calcul.

- Direcționează și controlează fluxul de date prin diferitele zone ale computerului.

Referințe

1. Techopedia (2019). Unitate de control (CU). Preluat de la: plafonpedia.com.
2. Computer Hope (2017). Unitatea de comandă. Luat de la: computerhope.com.
3. Geeks for Geeks (2019). Organizare computer: Unitate de control cu ​​programare hardwired v / s. Preluată de la: geeksforgeeks.org.
4. Geeks for Geeks (2019). Introducerea unității de control și proiectarea acesteia. Luat de la: geeksforgeeks.org.
5. Wikipedia, enciclopedia gratuită (2019). Unitatea de comandă. Preluat de la: en.wikipedia.org.