VEZÉRLŐ EGYSÉG (SZÁMÍTÁSTECHNIKA): ALKATRÉSZEK, FUNKCIÓK - TECHNOLÓGIA - 2025

A vezérlőegység egy digitális áramkör, amely irányítja a műveleteket és kezeli az összes vezérlőjelet a számítógép processzorán belül. Ez lehetővé teszi a logikai egység, a memória, valamint a bemeneti és kimeneti perifériák tudását, hogyan kell replikálni a programból kapott parancsokat. Így irányítja az összes bemeneti és kimeneti áramlást, megkeresi a program műveleteinek kódját, és időzítési és vezérlőjelek küldésével más egységeket irányít.

A vezérlőegység bemeneti adatok elfogadásával jár, amelyeket vezérlőjelekké alakít át, és amelyeket később továbbítanak a központi processzorhoz. A processzor megrendeli a különféle eszközöket, hogy milyen műveleteket hajtsanak végre.

Forrás: pixabay.com

Ez az egység a processzor azon része, amely agyként működik, szinte minden művelethez megadja az utasításokat, és biztosítja azok megfelelő végrehajtását.

A vezérlőegységeket használó eszközökre példa a központi feldolgozó egység (CPU) és a grafikus feldolgozó egység (GPU).

Alkatrészek

Egy művelet végrehajtásához a CPU vezérlőegységnek megfelelő sorrendben kell előállítania a szükséges vezérlőjelet. Kétféle megközelítés használható ezeknek a vezérlőjeleknek a megfelelő sorrendben történő generálására.

Integrált egység

A vezérlőegység logikai kapukból, flip-flop-okból, digitális áramkörökből, kódolókból és dekóderekből áll, amelyek rögzített módon vannak huzalozva.

Állapot-berendezésnek tekinthető, amely minden egyes órajel-ciklusban állapottól függően változik, az utasításregiszter tartalmától és a külső bemenetektől függően.

Ennek az állapotberendezésnek a kimenete a vezérlőjelek. A gépen végrehajtott műveletek sorrendjét a logikai elemek huzalozása határozza meg. Ezért hívják "integráltnak".

A formatervezés egy meghatározott architektúrán alapul. Ha módosítani kell az utasításkészletet, meg kell változtatni a vezetékeket és az áramkört.

Ez az alapja a csökkentett utasításkészlet-számítástechnika (RISC) architektúrának, amelyben csak kevés utasítás található.

Vezérlő jelek

A vezérlőjelek elengedhetetlenek a műveletek végrehajtásának irányításához. Ezeket kifejezetten tervezett logikai áramkörökkel terjesztik, amelyekben a jelgenerálási módszer az áramkör fizikai megváltoztatása nélkül nem módosítható.

A művelet végrehajtásához szükséges vezérlőjeleket nem egyetlen időpontban, hanem az utasítás végrehajtási ciklusának megfelelő teljes időtartamon keresztül kell sugározni.

Az utasítás opódja tartalmazza a vezérlőjel sugárzásához szükséges alapvető információkat.

Utasítási dekóder

Az opódot az utasítás dekóder dekódolja. Ez egy dekódolókészletből áll, amelyek dekódolják az utasítás műveleti kódjának különböző mezőit.

Az utasításdekódoló lehetővé teszi a vezérlőegység belépését az új művelet végrehajtásával kapcsolatos első állapotba, amely addig tart, amíg az időzítési jelek és az egyéb bemeneti jelek változatlanok maradnak.

A fenti jelek bármelyikének megváltoztatása a vezérlőegység állapotának megváltoztatására késztet.

Ennek eredményeként egyes sorok, amelyek az utasítás dekódolóból jönnek ki, értékeket szereznek a jelben. Ezeket a vezetékeket a számítógép különféle egységeinek vezérlőjelek generátorához kapcsolják.

Ezen fázisok szervezésének megismételésével a belső állapotok megfelelő rendezése felépítésre kerül a vezérlőegységben.

Amikor új utasítás érkezik a vezérlőegységhez, a beágyazott egységek a kiindulási állapotban vannak, hogy megkapják az új utasítást.

Mikroprogramozott egység

Ennek a megközelítésnek az alapvető különbsége az integrált egységhez képest egy vezérlőtároló megléte, amelyet a művelet végrehajtásához szükséges kódolt vezérlőjeleket tartalmazó mikroprogramok tárolására használnak.

Az utasítás műveletkódját nem kell dekódolni, hogy azonnal vezérlőjelet hozzon létre, hanem a vezérlőtárban tárolt mikroprogram címét kell megadni.

Vagyis az utasításokhoz csatolt vezérlőjeleket speciális memóriacellákban tárolják cserélhető firmware-ként.

A mikroprogramozott vezérlőegység lassabb, mint a beépített egység, a memóriaegységben található műveletek visszaállításához szükséges idő miatt.

Jellemzők

A vezérlő egység felelőssége, hogy tájékoztassa a számítógép bemeneti és kimeneti eszközeit, a fő memóriát és a logikai-számtani egységet arról, hogy miként replikálhatók a processzor számára kiadott műveletek.

Beolvassa a program műveleteit a memóriába, és elviszi őket a processzor regiszterébe. Attól függően, hogy mit tartalmaz ez a regiszter, a vezérlőegység egy jelet hoz létre, amely figyelemmel kíséri ezen műveletek végrehajtását.

A vezérlőegységbe belépő művelet típusától függően megváltoztathatja a generált lépések számát és sorrendjét a CPU azon részeinek kiválasztásához és konfigurálásához, amelyeket a művelet céljának eléréséhez használnak, legyen az mozgatás, módosítás vagy tárolja az adatokat.

A dekódolási műveletek ezen folyamatát ismét végrehajtják, amikor a számlálót a program következő mentett címére növelik. Ebből a címből az új művelet bekerül a vezérlőegységbe, és így tovább, a program végéig.

Ábra

A vezérlőegység által elvégzendő funkciók a CPU típusától függenek, a különböző márkák közötti szerkezetbeli eltérések miatt. Az alábbi ábra szemlélteti a program utasításainak feldolgozását.

Forrás: Kapooht - Saját munka, CC BY-SA 3.0, - Több feladatot kezel, például az utasítások keresését és visszakeresését, a dekódolást, a végrehajtás kezelését és az eredmények tárolását.

- Megkapja a külső utasításokat vagy parancsokat, amelyeket vezérlőjelek sorozatává alakít.

- Értelmezze az utasításokat.

- Vezérli az utasítások egymást követő végrehajtását.

- Koordinálja az adatmozgások sorrendjét a sok processzor alegység között, ki és között.

- Szabályozza és vezérli a végrehajtó egységek, például a számtani logikai egység, valamint a processzorban tárolt adattárak és regiszterek szinkronizálását.

- Vezérlőjeleket küld és fogad más számítástechnikai eszközökre.

- Irányítja és vezérli az adatáramlást a számítógép különböző területein.

Irodalom

1. Techopedia (2019). Vezérlő egység (CU). Feltöltve: roofpedia.com.
2. Computer Hope (2017). Vezérlőegység. Forrás: computerhope.com.
3. Geeks Geeks számára (2019). Számítógépes felépítés: Vezetékes v / s mikroprogramozott vezérlőegység. Készült: geeksforgeeks.org.
4. Geeks Geeks számára (2019). A vezérlőegység bemutatása és kialakítása. Feltöltve: geeksforgeeks.org.
5. Wikipedia, a szabad enciklopédia (2019). Vezérlőegység. Forrás: en.wikipedia.org.