Il unità di controllo è un circuito digitale che governa le operazioni e gestisce tutti i segnali di controllo all'interno del processore di un computer. Consente all'unità logica, alla memoria e alle periferiche di input e output di sapere come replicare i comandi ricevuti da un programma. Pertanto, instrada tutto il flusso di input e output, cerca il codice per le operazioni del programma e dirige altre unità inviando segnali di temporizzazione e controllo..
Un'unità di controllo agisce ammettendo dati in ingresso, che trasforma in segnali di controllo e che vengono successivamente trasmessi all'elaboratore centrale. Il processore indica ai diversi dispositivi quali operazioni eseguire.
Questa unità è il componente del processore che funge da cervello, generando le istruzioni per quasi tutte le operazioni e assicurando che vengano eseguite correttamente..
Esempi di dispositivi che utilizzano unità di controllo sono l'unità di elaborazione centrale (CPU) e l'unità di elaborazione grafica (GPU).
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Per eseguire un'azione, l'unità di controllo della CPU deve produrre il segnale di controllo necessario nella sequenza corretta. Esistono due approcci utilizzati per generare questi segnali di controllo nella sequenza corretta.
L'unità di controllo è composta da porte logiche, flip-flop, circuiti digitali, encoder e decoder, cablati in modo prestabilito..
Può essere considerato come un apparato di stati, che varia da uno stato all'altro in ogni ciclo di clock, a seconda del contenuto del registro delle istruzioni e degli ingressi esterni..
L'uscita di questo apparato di stato sono i segnali di controllo. La sequenza delle operazioni eseguite da questa macchina è determinata dal cablaggio degli elementi logici. Per questo motivo si chiama "integrato".
Il design si basa su un'architettura specifica. Quando sono necessarie modifiche al set di istruzioni, è necessario apportare modifiche al cablaggio e al circuito.
Questa è la base per l'architettura RISC (Reduced Instruction Set Computing), che ha solo un piccolo numero di istruzioni..
I segnali di controllo sono essenziali per dirigere l'esecuzione delle operazioni. Sono disseminati da circuiti logici espressamente progettati, in cui il metodo di generazione del segnale non può essere modificato senza un cambiamento fisico nella struttura del circuito..
I segnali di controllo per eseguire un'operazione devono essere trasmessi non in un singolo momento, ma per l'intero periodo di tempo corrispondente al ciclo di esecuzione dell'istruzione..
Il codice operativo di un'istruzione include le informazioni di base per trasmettere il segnale di controllo.
Il codice operativo viene decodificato nel decodificatore dell'istruzione. Consiste in una serie di decodificatori che decodificano i diversi campi del codice di operazione dell'istruzione.
Il decodificatore di istruzione consente alla centrale di entrare nel primo stato legato all'esecuzione della nuova operazione, che dura fintanto che i segnali di temporizzazione e gli altri segnali di ingresso rimangono invariati..
Un cambiamento in uno dei segnali di cui sopra induce la centralina a cambiare stato.
Di conseguenza, alcune linee in uscita dal decodificatore dell'istruzione acquisiscono valori nel segnale. Queste linee sono accoppiate al dispositivo generatore di segnali di controllo per le diverse unità del computer..
Ripetendo l'organizzazione di queste fasi, si struttura nell'unità di controllo l'appropriato ordinamento degli stati interni..
Quando una nuova istruzione arriva all'unità di controllo, le unità integrate sono nello stato iniziale per recuperare la nuova istruzione.
La differenza essenziale di questo approccio rispetto all'unità integrata è l'esistenza di un magazzino di controllo, che viene utilizzato per memorizzare i microprogrammi che includono i segnali di controllo codificati essenziali per l'esecuzione di un'operazione..
Il codice di operazione dell'istruzione non verrà decodificato per creare immediatamente un segnale di controllo, ma verrà indicato l'indirizzo di un microprogramma che è memorizzato nella memoria di controllo.
Cioè, i segnali di controllo allegati alle istruzioni sono memorizzati in celle di memoria speciali come firmware sostituibile..
L'unità di controllo microprogrammata è più lenta dell'unità da incasso per il tempo necessario a ripristinare le operazioni presenti nell'unità di memoria.
È responsabilità dell'unità di controllo informare i dispositivi di input e output, la memoria principale e l'unità logico-aritmetica del computer come replicare le operazioni che vengono impartite al processore..
Ottiene le operazioni del programma in memoria e le porta nel registro del processore. A seconda di cosa comprende questo registro, l'unità di controllo crea un segnale che monitora l'andamento di queste operazioni.
A seconda del tipo di operazione che si inserisce nella centrale, è possibile modificare il numero e l'ordine dei passaggi sequenziali generati per selezionare e configurare le parti della CPU che verranno utilizzate per raggiungere l'obiettivo dell'operazione, sia che si tratti di muovere , modificare o memorizzare i dati.
Questo processo di decodifica delle operazioni viene eseguito di nuovo quando il contatore viene incrementato al successivo indirizzo salvato del programma. Da quell'indirizzo si inserisce la nuova operazione nella centralina, e così via fino alla fine del programma.
Le funzioni svolte da una centralina dipenderanno dal tipo di CPU, a causa delle disparità esistenti nella struttura tra le diverse marche. Il diagramma seguente illustra come vengono elaborate le istruzioni in un programma.
- Gestisce più attività, come la ricerca e il recupero di istruzioni, la decodifica, la gestione dell'esecuzione e l'archiviazione dei risultati.
- Riceve istruzioni o comandi esterni che converte in una sequenza di segnali di controllo.
- Interpreta le istruzioni.
- Controlla l'esecuzione sequenziale delle istruzioni.
- Coordina la sequenza dei movimenti di dati in entrata, in uscita e tra le numerose sottounità del processore.
- Regola e controlla la sincronizzazione delle unità di esecuzione, come l'unità logica aritmetica, e gli archivi dati e i registri contenuti nel processore.
- Invia e riceve segnali di controllo ad altri dispositivi informatici.
- Dirige e controlla il flusso di dati attraverso le diverse aree del computer.
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