Пристрій управління

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Jump to navigation Jump to search

Пристрій управління, пристрій керування процесором (англ. Control Unit) — компонент апаратного забезпечення центрального процесора комп'ютерів. Являє собою кінцевий дискретний автомат.

В архітектурі фон Неймана є невід'ємною частиною центрального процессора[1].

Принцип дії[ред.ред. код]

Інструкції та стани[ред.ред. код]

При виконанні програми пристрій управління отримує чергову інструкцію (команду програми), стан регістра ознак результату виконання попередньої команди (регістра прапорів), стан керуючих входів (наприклад, сигналів переривань або готовності периферійних пристроїв) і на вихід видає послідовності імпульсів управління (міжрегістрових пересилками, адресацією і сигналами пересилань даних практично між всіма блоками комп'ютера — арифметико-логічним пристроєм, підсистемою введення / виводу, оперативною пам'яттю.

У більшості випадків для виконання команди / інструкції пристрій управління видає кілька керуючих імпульсів або їх комбінацій в послідовності, що визначається кодом поточної інструкції (команди). Після завершення видачі всіх імпульсів управління для виконання поточної команди зчитує код наступної команди і т.д.

Пристрій управління зазвичай синхронізується зовнішніми тактовими імпульсами, при цьому перехід кінцевого автомата з одного стану в інший відбувається на кожному тактовому імпульсі або його фазі.

Послідовність станів пристрою управління відповідно до інструкцій може визначатись апаратно або мікропрограмно.

Пристрої керування з апаратною реалізацією[ред.ред. код]

Пристрої керування, реалізовані апаратно, забезпечують зміну станів та сигнали автомата апаратними засобами. Як спрощену модель такого управління можна розглядати мікросхему постійної пам'яті, в якій записані дані, що визначають стан автомата відповідно до адреси ПЗП, причому, ці дані застосовуються також і для формування наступної адреси ПЗП (тобто, наступного стану). Подібні «автомати» використовуються при необхідності реалізації відносно простої логіки з числом керуючих сигналів до декількох сотень, крім того, мікросхеми постійної пам'яті можуть мати недостатню швидкодію. В більш складних випадках логіка автомата забезпечується окремими логічними елементами, що дозволяє створювати автомати з на порядки більшим числом керуючих сигналів.

Апаратне керування дозволяє істотно підвищити швидкість роботи автомата, але призводить до ускладнення його конструкції. Зміна логіки автомата досягається його перепроектуванням.

Пристрої керування на основі мікрокоду[ред.ред. код]

Мікропрограмне забезпечення дозволяє значно спростити пристрій керування, переклавши частину логіки автомата з обладнання на мікропрограми. Мікропрограмне керування було запропоновано в 1951 році британським вченим Морісом Вілксом.

Ідея мікропрограмного керування полягає у можливості керувати станами та сигналами автомата через спеціальний мікрокод, що складається з мікроінструкцій. При надходженні в пристрій управління нової інструкції (команди процесора) обладнання та мікрокод виконують дешифрування інструкції процесора і забезпечують її виконання відповідно до типу інструкції та попереднього стану пристрою управління.

Мікропрограми також забезпечують обробку переривань, коригування помилок та інші операції процесора, що характеризуються досить складною логікою.

Введення мікрокоду дозволило істотно зменшити складність пристрою керування. Обсяг мікрокоду на різних платформах може істотно відрізнятись залежно від того, яка частина логіки автомата реалізована через мікрокод.

Примітки[ред.ред. код]