БЛОК УПРАВЛЕНИЯ (ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ): КОМПОНЕНТЫ, ФУНКЦИИ - ТЕХНОЛОГИЯ - 2026

Блок управления представляет собой цифровую схему, которая управляет операциями и обрабатывает все управляющие сигналы в процессоре компьютера. Это позволяет логическому блоку, памяти, а также периферийным устройствам ввода и вывода знать, как копировать команды, полученные от программы. Таким образом, он направляет весь поток ввода и вывода, ищет код для программных операций и направляет другие устройства, отправляя сигналы синхронизации и управления.

Блок управления действует, принимая входные данные, которые он преобразует в управляющие сигналы и которые впоследствии передаются в центральный процессор. Процессор приказывает различным устройствам, какие операции выполнять.

Источник: pixabay.com

Этот блок является компонентом процессора, который действует как ваш мозг, генерируя инструкции почти для всех операций и обеспечивая их правильное выполнение.

Примерами устройств, использующих блоки управления, являются центральный процессор (ЦП) и графический процессор (ГП).

Составные части

Для выполнения действия блок управления ЦП должен подать необходимый управляющий сигнал в правильной последовательности. Есть два подхода, которые используются для генерации этих управляющих сигналов в правильной последовательности.

Интегрированный блок

Блок управления состоит из логических вентилей, триггеров, цифровых схем, кодеров и декодеров, которые подключены установленным образом.

Его можно рассматривать как устройство состояний, которое изменяется от состояния к состоянию в каждом тактовом цикле, в зависимости от содержимого регистра команд и внешних входов.

Выходом этого аппарата состояния являются управляющие сигналы. Последовательность операций, выполняемых этой машиной, определяется подключением логических элементов. По этой причине он называется «интегрированным».

В основе дизайна - особая архитектура. Когда требуются изменения в наборе команд, следует внести изменения в проводку и схему.

Это основа для архитектуры вычислений с сокращенным набором команд (RISC), которая имеет лишь небольшое количество инструкций.

Сигналы управления

Управляющие сигналы необходимы для управления выполнением операций. Они распространяются с помощью специально разработанных логических схем, в которых метод генерации сигналов не может быть изменен без физического изменения структуры схемы.

Управляющие сигналы для выполнения операции должны транслироваться не в один момент времени, а в течение всего периода времени, соответствующего циклу выполнения инструкции.

Код операции инструкции включает в себя основную информацию для широковещательной передачи управляющего сигнала.

Декодер инструкций

Код операции декодируется в декодере команд. Он состоит из набора декодеров, которые декодируют различные поля кода операции инструкции.

Декодер команд позволяет блоку управления войти в первое состояние, связанное с выполнением новой операции, которое длится до тех пор, пока синхронизирующие сигналы и другие входные сигналы остаются неизменными.

Изменение любого из вышеперечисленных сигналов побуждает к изменению состояния блока управления.

В результате некоторые строки, выходящие из декодера команд, получают значения в сигнале. Эти линии подключены к устройству генератора сигналов управления для различных блоков компьютера.

Повторяя организацию этих этапов, в блоке управления структурируется соответствующий порядок внутренних состояний.

Когда новая инструкция поступает в блок управления, встроенные блоки находятся в исходном состоянии для извлечения новой инструкции.

Микропрограммный блок

Существенным отличием этого подхода от интегрированного блока является наличие управляющего хранилища, которое используется для хранения микропрограмм, содержащих закодированные управляющие сигналы, необходимые для выполнения операции.

Код операции инструкции не будет декодироваться для немедленного создания управляющего сигнала, но будет указан адрес микропрограммы, которая хранится в управляющей памяти.

То есть управляющие сигналы, прилагаемые к инструкциям, хранятся в специальных ячейках памяти в виде заменяемых микропрограмм.

Микропрограммный блок управления работает медленнее, чем встроенный блок, из-за времени, необходимого для восстановления операций, обнаруженных в блоке памяти.

Характеристики

Блок управления отвечает за информирование устройств ввода и вывода, основной памяти и логико-арифметического блока компьютера о том, как копировать операции, выполняемые процессором.

Получает программные операции в памяти и переносит их в регистр процессора. В зависимости от того, что включает в себя этот регистр, блок управления выдает сигнал, контролирующий выполнение этих операций.

В зависимости от типа операции, которую вы вводите в блок управления, вы можете изменить количество и порядок последовательных шагов, сгенерированных для выбора и настройки частей ЦП, которые будут использоваться для достижения цели операции, будь то перемещение, изменение или хранить данные.

Этот процесс операций декодирования выполняется снова, когда счетчик увеличивается до следующего сохраненного адреса программы. С этого адреса в блок управления вводится новая операция, и так до конца программы.

иллюстрация

Функции, которые выполняет блок управления, будут зависеть от типа ЦП из-за существующих различий в структуре между различными брендами. На следующей диаграмме показано, как обрабатываются инструкции в программе.

Источник: Автор Kapooht - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25789639

- Обрабатывает несколько задач, таких как поиск и извлечение инструкций, декодирование, управление выполнением и хранение результатов.

- Он принимает внешние инструкции или команды, которые преобразует в последовательность сигналов управления.

- Интерпретируйте инструкции.

- Контролирует последовательное выполнение инструкций.

- Координирует последовательность перемещения данных между множеством субблоков процессора, а также между ними.

- Регулирует и контролирует синхронизацию исполнительных блоков, таких как арифметический логический блок, а также хранилищ данных и регистров, содержащихся в процессоре.

- Отправляет и принимает управляющие сигналы на другие вычислительные устройства.

- Направляет и контролирует поток данных через различные области компьютера.

Ссылки

1. Техопедия (2019). Блок управления (БУ). Взято с: потолокpedia.com.
2. Компьютерная надежда (2017). Устройство управления. Взято с: computerhope.com.
3. Гики для гиков (2019). Компьютерная организация: Проводной и микропрограммный блок управления. Взято с: geeksforgeeks.org.
4. Гики для гиков (2019). Введение в блок управления и его конструкцию. Взято с: geeksforgeeks.org.
5. Википедия, бесплатная энциклопедия (2019). Устройство управления. Взято с: en.wikipedia.org.