יחידת הבקרה הוא מעגל דיגיטלי אשר מסדיר פעולות וידיות כל אותות הבקרה בתוך המעבד של מחשב. זה מאפשר ליחידת ההיגיון, הזיכרון, וציוד היקפי לפלט ולפלט לדעת כיצד לשכפל פקודות שהתקבלו מתוכנית. לפיכך, הוא מנתב את כל זרימת הקלט והפלט, מחפש קוד לפעולות התוכנית ומכוון יחידות אחרות על ידי שליחת אותות תזמון ובקרה.
יחידת בקרה פועלת על ידי הוספת נתוני קלט, אותם היא הופכת לאותות בקרה ואשר מועברים לאחר מכן למעבד המרכזי. המעבד מזמין את המכשירים השונים אילו פעולות לבצע.
מקור: pixabay.com
יחידה זו היא רכיב המעבד הפועל כמוחך, ומייצר את ההוראות כמעט לכל הפעולות ומבטיח שהן מבוצעות כראוי.
דוגמאות למכשירים המשתמשים ביחידות בקרה הן יחידת העיבוד המרכזית (CPU) ויחידת העיבוד הגרפי (GPU).
רכיבים
על מנת לבצע פעולה, על יחידת הבקרה של המעבד להפיק את אות הבקרה הדרוש ברצף המתאים. ישנן שתי גישות המשמשות להפקת אותות בקרה אלה ברצף הנכון.
יחידה משולבת
יחידת הבקרה מורכבת משערי היגיון, כפכפים, מעגלים דיגיטליים, מקודדים ומפענחים, המחוברים לחיבור בצורה מבוססת.
אפשר לחשוב עליו כמנגנון מדינה, שמשתנה ממצב למצב בכל מחזור שעון, תלוי בתוכן מרשם ההוראות והכניסות החיצוניות.
הפלט של מנגנון מצב זה הוא אותות הבקרה. רצף הפעולות הנעשות על ידי מכונה זו נקבע על ידי חיבור האלמנטים ההיגיון. מסיבה זו זה נקרא "משולב".
העיצוב מבוסס על ארכיטקטורה ספציפית. כאשר נדרשים שינויים במערכת ההוראות, יש לבצע שינויים בחיווט ובמעגל.
זהו הבסיס לארכיטקטורת המחשוב המופחתת של מערך ההוראות (RISC), הכוללת מספר קטן בלבד של הוראות.
אותות בקרה
אותות בקרה חיוניים בכדי לכוון את ביצוע הפעולות. הם מופצים באמצעות מעגלי לוגיקה מעוצבים במפורש, בהם לא ניתן לשנות את שיטת יצירת האות ללא שינוי פיזי במבנה המעגל.
יש לשדר את אותות הבקרה לביצוע פעולה לא בנקודת זמן אחת בלבד, אלא לאורך כל פרק הזמן המתאים למחזור ביצוע ההוראות.
קוד הקוד של הוראות כולל את המידע הבסיסי לשידור אות השליטה.
מפענח הוראות
קוד ה- code מפוענח במפענח ההוראות. זה מורכב ממערכת מפענחים המפענחים את השדות השונים של קוד הפעולה של ההוראה.
מפענח ההוראות מאפשר ליחידת הבקרה להיכנס למצב הראשון הקשור לביצוע הפעולה החדשה, הנמשכת כל עוד אותות העיתוי וסימני כניסה אחרים נותרו ללא שינוי.
שינוי בכל אחד מאותות האות לעיל מורה למצב של יחידת הבקרה להשתנות.
כתוצאה מכך, כמה שורות היוצאות ממפענח ההוראות רוכשות ערכים באות. קווים אלו משודכים למכשיר מחולל אותות הבקרה עבור היחידות השונות במחשב.
על ידי חזרה על ארגון שלבים אלה, הסדר המתאים של מצבים פנימיים מובנה ביחידת הבקרה.
כאשר מגיעה הוראה חדשה ליחידת הבקרה, היחידות המשובצות במצב ההתחלתי לאחזר את ההוראות החדשות.
יחידה מיקרו-מתוכנת
ההבדל המהותי בגישה זו ביחס ליחידה המשולבת הוא קיומה של חנות בקרה, המשמשת לאחסון המיקרוגרמות הכוללות את אותות השליטה המקודדים החיוניים לביצוע פעולה.
אין לפענח את קוד הפעולה של ההוראה כדי ליצור מיידית אות שליטה, אך יצוין כתובת של מיקרוגרמה המאוחסנת בחנות הבקרה.
כלומר, אותות הבקרה המצורפים להוראות מאוחסנים בתאי זיכרון מיוחדים כקושחה להחלפה.
יחידת הבקרה המיקרו-מתוכנת איטית יותר מהיחידה המובנית עקב הזמן הדרוש לשחזור הפעולות שנמצאות ביחידת הזיכרון.
מאפיינים
באחריות יחידת הבקרה ליידע את התקני הקלט והפלט, את הזיכרון הראשי ואת היחידה הלוגית-אריתמטית של המחשב כיצד לשכפל את הפעולות המונעות למעבד.
מכניס את פעולות התוכנית לזיכרון ומעביר אותם לרשם המעבדים. תלוי מה כולל רישום זה, יחידת הבקרה יוצרת אות המפקח על ביצועי פעולות אלה.
בהתאם לסוג הפעולה שתכנסו ליחידת הבקרה, תוכלו לשנות את המספר ואת הסדר של הצעדים העוקבים שנוצרו כדי לבחור ולהגדיר את חלקי ה- CPU שישמשו להשגת מטרת הפעולה, בין אם זה נע, שינוי או לאחסן נתונים.
תהליך זה של פעולות פענוח מבוצע שוב כאשר הדלפק מוגדל לכתובת השמורה הבאה של התוכנית. מאותו כתובת הפעולה החדשה נכנסת ליחידת הבקרה וכן הלאה עד לסיום התוכנית.
אִיוּר
הפונקציות שמבצעת יחידת בקרה יהיו תלויות בסוג המעבד, בגלל הפערים הקיימים במבנה בין המותגים השונים. התרשים הבא ממחיש את אופן עיבוד ההוראות בתוכנית.
מקור: מאת Kapooht - עבודה משלו, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25789639
- מטפל במשימות מרובות, כגון חיפוש ושליפה של הוראות, פענוח, ניהול ביצוע ואחסון תוצאות.
- הוא מקבל את ההוראות או הפקודות החיצוניות שהוא ממיר לרצף של אותות בקרה.
- פרש את ההוראות.
- שולט בביצוע ההוראות ברצף.
- מתאם את רצף תנועות הנתונים בתוך, החוצה ובין יחידות המשנה הרבות של המעבד.
- מסדיר ושולט בסנכרון של יחידות הביצוע, כגון היחידה הלוגית האריתמטית, ומאגרי הנתונים והרשמות הכלולים במעבד.
- שולח ומקבל אותות בקרה למכשירי מחשוב אחרים.
- מכוונת ושולטת בזרימת הנתונים דרך אזורי המחשב השונים.
הפניות
- Techopedia (2019). יחידת בקרה (CU). לקוח מ: ceilingpedia.com.
- תקוות מחשב (2017). יחידת בקרה. נלקח מ: computerhope.com.
- Geeks for Geeks (2019). ארגון מחשבים: יחידת בקרה מתוכנתת מיקרו-תכליתית v / s נלקחה מ: geeksforgeeks.org.
- Geeks for Geeks (2019). הצגת יחידת בקרה ותכנון שלה. נלקח מ: geeksforgeeks.org.
- ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית (2019). יחידת בקרה. נלקח מ: en.wikipedia.org.