KRMILNA ENOTA (RAČUNALNIŠTVO): KOMPONENTE, FUNKCIJE - TEHNOLOGIJA - 2026

Kontrolna enota je digitalno vezje, ki ureja poslovanje in ročaji vse nadzorne signale v procesor računalnika. Omogoča, da logična enota, pomnilnik ter vhodne in izhodne zunanje naprave znajo podvajati ukaze, prejete iz programa. Tako usmeri ves vhodni in izhodni tok, poišče kodo za programsko delovanje in usmeri druge enote s pošiljanjem časovnih in krmilnih signalov.

Krmilna enota deluje tako, da sprejme vhodne podatke, ki jih pretvori v krmilne signale in jih nato posreduje centralnemu procesorju. Procesor različnim napravam naroči, katere operacije naj izvedejo.

Vir: pixabay.com

Ta enota je komponenta procesorja, ki deluje kot vaš možgan, generira navodila za skoraj vse operacije in zagotavlja, da so pravilno izvedene.

Primera naprav, ki uporabljajo krmilne enote, sta centralna procesna enota (CPU) in grafična procesna enota (GPU).

Komponente

Za izvedbo dejanja mora krmilna enota CPU proizvesti potreben krmilni signal v ustreznem zaporedju. Za ustvarjanje teh krmilnih signalov v pravilnem zaporedju se uporabljata dva pristopa.

Integrirana enota

Krmilno enoto sestavljajo logična vrata, zaskočnike, digitalna vezja, dajalniki in dekoderji, ki so ožičeni na ustaljen način.

Lahko ga predstavljamo kot državni aparat, ki se razlikuje od stanja do stanja v vsakem taktnem ciklu, odvisno od vsebine seznama navodil in zunanjih vhodov.

Izhod te državne naprave so krmilni signali. Zaporedje operacij tega stroja je določeno z ožičenjem logičnih elementov. Zaradi tega se imenuje "integriran".

Zasnova temelji na specifični arhitekturi. Kadar so potrebne spremembe v naboru navodil, je treba spremeniti ožičenje in vezje.

To je osnova za zmanjšano arhitekturo računalništva (RISC), ki ima le majhno število navodil.

Krmilni signali

Krmilni signali so bistveni za usmerjanje izvajanja operacij. Razširjajo jih z izrecno oblikovanimi logičnimi vezji, v katerih metode generiranja signala ni mogoče spremeniti brez fizične spremembe v strukturi vezja.

Krmilni signali za izvedbo operacije se morajo oddajati ne istočasno, temveč skozi celotno časovno obdobje, ki ustreza ciklu izvajanja navodil.

Opoda koda navodila vključuje osnovne informacije za oddajanje kontrolnega signala.

Navodila za dekoder

Opcode je dekodiran v dekoderju navodil. Ta je sestavljen iz niza dekoderjev, ki dekodirajo različna polja operacijske kode navodila.

Navodni dekoder omogoča krmilni enoti vstop v prvo stanje, povezano z izvedbo nove operacije, ki traja toliko časa, dokler časovni signali in drugi vhodni signali ostanejo nespremenjeni.

Sprememba katerega koli od zgornjih signalov zahteva, da se stanje krmilne enote spremeni.

Kot rezultat, nekatere vrstice, ki izhajajo iz dekoderja navodil, pridobijo vrednosti v signalu. Te vrstice so povezane z napravo generatorja krmilnih signalov za različne enote računalnika.

S ponovitvijo organizacije teh faz se v nadzorni enoti strukturira ustrezno urejanje notranjih stanj.

Ko novo navodilo prispe na krmilno enoto, so vgrajene enote v začetnem stanju, da pridobijo novo navodilo.

Mikroprogramirana enota

Bistvena razlika tega pristopa glede na integrirano enoto je obstoj krmilne enote, ki se uporablja za shranjevanje mikroprogramov, ki vključujejo kodirane kontrolne signale, ki so bistveni za izvedbo operacije.

Delovna koda navodila ne bo dekodirana, da bi takoj ustvarila krmilni signal, temveč bo namesto tega naveden naslov mikroprograma, ki je shranjen v nadzorni shrambi.

To pomeni, da se kontrolni signali, priloženi navodilom, shranijo v posebne pomnilniške celice kot zamenljiva vdelana programska oprema.

Mikroprogramirana krmilna enota je počasnejša od vgrajene enote zaradi časa, potrebnega za obnovitev operacij, najdenih v pomnilniški enoti.

Lastnosti

Odgovornost upravljalne enote je, da obvesti vhodne in izhodne naprave, glavni pomnilnik in logično-aritmetično enoto računalnika, kako posnema operacije, ki so izdane procesorju.

Pridobi programske operacije v pomnilnik in jih popelje v register procesorjev. Glede na to, kaj ta register vključuje, krmilna enota ustvari signal, ki spremlja delovanje teh operacij.

Glede na vrsto operacije, ki jo vnesete v krmilno enoto, lahko spremenite število in vrstni red zaporednih korakov, ki so bili ustvarjeni za izbiro in konfiguriranje delov CPU-ja, ki bodo uporabljeni za dosego cilja operacije, naj bo to premikanje, spreminjanje ali shranjevanje podatkov.

Ta postopek dekodiranja se ponovno izvede, ko se števec poveča na naslednji shranjeni naslov programa. Od tega naslova se novo delovanje vnese v krmilno enoto in tako naprej do konca programa.

Ilustracija

Funkcije, ki jih nadzorna enota opravlja, bodo odvisne od vrste CPU-ja zaradi obstoječih razlik v strukturi med različnimi znamkami. Naslednji diagram prikazuje, kako se obdelujejo navodila v programu.

Vir: Avtor Kapooht - Lastno delo, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25789639

- Obravnava več nalog, kot so iskanje in iskanje navodil, dekodiranje, upravljanje izvajanja in shranjevanje rezultatov.

- Prejema zunanja navodila ali ukaze, ki jih pretvori v zaporedje krmilnih signalov.

- razlagajte navodila.

- Nadzira zaporedno izvajanje navodil.

- Koordinira zaporedje premikov podatkov v, zunaj in med številnimi podenotami procesorja.

- Ureja in nadzoruje sinhronizacijo izvršilnih enot, na primer aritmetične logične enote ter shranjevanja podatkov in registrov, ki jih vsebuje procesor.

- Pošilja in sprejema kontrolne signale na druge računalniške naprave.

- Usmerja in nadzoruje pretok podatkov skozi različna področja računalnika.

Reference

1. Tehopedija (2019). Krmilna enota (CU). Vzeto iz: zgornja meja.
2. Računalniško upanje (2017). Kontrolna enota. Vzeto iz: computerhope.com.
3. Geeks za Geeks (2019). Organizacija računalnika: Mikroprogramirana krmilna enota z vgrajenim v / s Vzeto iz: geeksforgeeks.org.
4. Geeks za Geeks (2019). Uvedba krmilne enote in njena zasnova. Izvedeno iz: geeksforgeeks.org.
5. Wikipedija, brezplačna enciklopedija (2019). Kontrolna enota. Izvedeno iz: en.wikipedia.org.