БЛОК УПРАВЛІННЯ (ОБЧИСЛЕННЯ): КОМПОНЕНТИ, ФУНКЦІЇ - ТЕХНОЛОГІЯ - 2025

Блок управління - це цифрова схема, яка управляє операціями та обробляє всі керуючі сигнали в процесорі комп'ютера. Це дозволяє логічному блоку, пам'яті та периферійним пристроям введення та виведення знати, як реплікувати команди, отримані від програми. Таким чином, він маршрутизує весь вхідний та вихідний потік, шукає код для програмних операцій та спрямовує інші блоки, надсилаючи сигнали часу та керування.

Блок управління діє, приймаючи вхідні дані, які він перетворює в сигнали управління і які згодом передаються центральному процесору. Процесор замовляє різним пристроям, які операції виконувати.

Джерело: pixabay.com

Цей блок є компонентом процесора, який виконує функції вашого мозку, генеруючи інструкції майже для всіх операцій та забезпечуючи їх правильне виконання.

Прикладами пристроїв, які використовують блоки управління, є центральний процесор (CPU) і блок графічної обробки (GPU).

Компоненти

Для виконання дії блок управління процесора повинен видавати необхідний керуючий сигнал у відповідній послідовності. Є два підходи, які використовуються для генерування цих керуючих сигналів у правильній послідовності.

Вбудований блок

Блок управління складається з логічних воріт, тригерів, цифрових мікросхем, кодерів та декодерів, які з'єднані встановленим чином.

Це може розглядатися як державний апарат, який залежить від стану до стану в кожному тактовому циклі, залежно від вмісту реєстру інструкцій та зовнішніх входів.

Виходом цього апарату стану є керуючі сигнали. Послідовність операцій, виконаних цією машиною, визначається проводкою логічних елементів. З цієї причини його називають "інтегрованим".

Дизайн заснований на конкретній архітектурі. Коли потрібні зміни в наборі інструкцій, слід внести зміни в електропроводку та ланцюг.

Це основа для скороченої архітектури наборів обчислень (RISC), яка має лише невелику кількість інструкцій.

Сигнали управління

Сигнали управління мають важливе значення для керування виконанням операцій. Вони поширюються за чітко розробленими логічними схемами, в яких спосіб генерації сигналу неможливо змінити без фізичної зміни структури схеми.

Сигнали управління для виконання операції повинні транслюватися не в один момент часу, а протягом усього періоду часу, відповідного циклу виконання інструкцій.

Опкод інструкції включає основну інформацію для трансляції сигналу управління.

Інструкція декодера

Опкод декодується в декодері інструкцій. Складається з набору декодерів, які декодують різні поля операційного коду інструкції.

Декодер інструкцій дозволяє блоку управління ввести перший стан, пов'язаний з виконанням нової операції, який триває до тих пір, поки сигнали синхронізації та інші вхідні сигнали залишаються незмінними.

Зміна будь-якого з перерахованих вище сигналів спонукає стан блоку управління змінитися.

В результаті деякі лінії, що виходять з декодера інструкції, набувають значень в сигналі. Ці лінії з'єднані з пристроєм генератора керуючого сигналу для різних блоків комп'ютера.

Повторюючи організацію цих фаз, в блоці управління структурується відповідне впорядкування внутрішніх станів.

Коли нова команда надходить до блоку управління, вбудовані блоки знаходяться в початковому стані для отримання нової інструкції.

Мікропрограмований блок

Суттєвою відмінністю цього підходу щодо інтегрованого блоку є наявність сховища управління, яке використовується для зберігання мікропрограм, що включають кодовані сигнали управління, необхідні для виконання операції.

Код роботи інструкції не збирається розшифровувати для негайного створення керуючого сигналу, але буде вказана адреса мікропрограми, яка зберігається в сховищі управління.

Тобто сигнали керування, додані до інструкцій, зберігаються у спеціальних комірках пам’яті як змінна прошивка.

Мікропрограмований блок управління повільніше, ніж вбудований блок через час, необхідний для відновлення операцій, знайдених у блоці пам'яті.

Особливості

Відповідальний блок управління повинен інформувати пристрої введення та виведення, основну пам'ять та логічно-арифметичний блок комп'ютера про те, як повторити операції, які видаються процесору.

Збирає програмні операції в пам'ять і переносить їх у регістр процесора. Залежно від того, що включає цей реєстр, блок управління створює сигнал, який стежить за виконанням цих операцій.

Залежно від типу операції, яку ви вводите в блок управління, ви можете змінити кількість та порядок створених послідовних кроків для вибору та налаштування частин центрального процесора, які будуть використовуватися для досягнення мети операції, будь то переміщення, зміна або зберігати дані.

Цей процес декодування знову виконується, коли лічильник збільшується до наступного збереженого адреси програми. З цієї адреси нова операція вводиться в блок управління і так далі до кінця програми.

Ілюстрація

Функції, які виконує блок управління, залежатимуть від типу ЦП, через наявні відмінності в структурі між різними марками. Наступна схема ілюструє, як обробляються інструкції в програмі.

Джерело: Автор Kapooht - Власна робота, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25789639

- Обробляє декілька завдань, таких як пошук та пошук інструкцій, декодування, управління виконанням та зберігання результатів.

- Він отримує зовнішні вказівки або команди, які перетворює в послідовність керуючих сигналів.

- Інтерпретувати вказівки.

- Керує послідовним виконанням інструкцій.

- Координує послідовність переміщень даних у, виходу та між багатьма підрозділами процесора.

- Регулює та контролює синхронізацію одиниць виконання, таких як арифметична логічна одиниця, і сховища даних та регістри, що містяться в процесорі.

- Відправляє та приймає керуючі сигнали на інші обчислювальні пристрої.

- Керує та контролює потік даних через різні області комп'ютера.

Список літератури

1. Техопедія (2019). Блок управління (CU). Взяті з: plasmapedia.com.
2. Комп'ютерна надія (2017). Пристрій управління. Взято з: computerhope.com.
3. Geeks для Geeks (2019). Організація комп’ютера: мікропрограмований блок управління мікропрограмованим v / s.
4. Geeks для Geeks (2019). Впровадження блоку управління та його конструкція. Взято з: geeksforgeeks.org.
5. Вікіпедія, безкоштовна енциклопедія (2019). Пристрій управління. Взято з: en.wikipedia.org.