ŘÍDICÍ JEDNOTKA (VÝPOČETNÍ TECHNIKA): KOMPONENTY, FUNKCE - TECHNOLOGIE - 2025

Řídicí jednotka je digitální obvod, který řídí operace a zpracovává všechny řídicí signály v procesoru počítače. Umožňuje logické jednotce, paměti a vstupním a výstupním periferním zařízením vědět, jak replikovat příkazy přijaté z programu. Směruje tedy veškerý vstupní a výstupní tok, vyhledává kód pro programové operace a nasměruje další jednotky vysíláním časovacích a řídicích signálů.

Řídicí jednotka přijímá vstupní data, která se transformují na řídicí signály a které se následně přenášejí do centrálního procesoru. Procesor objednává různým zařízením, jaké operace mají provádět.

Zdroj: pixabay.com

Tato jednotka je součástí procesoru, který funguje jako váš mozek, generuje pokyny pro téměř všechny operace a zajišťuje jejich správné provádění.

Příklady zařízení, která používají řídicí jednotky, jsou centrální procesorová jednotka (CPU) a grafická procesorová jednotka (GPU).

Komponenty

K provedení akce musí řídicí jednotka CPU produkovat potřebný řídicí signál ve správné posloupnosti. Existují dva přístupy, které se používají ke generování těchto řídicích signálů ve správné sekvenci.

Integrovaná jednotka

Řídicí jednotka je tvořena logickými branami, klopnými obvody, digitálními obvody, kodéry a dekodéry, které jsou pevně zapojeny.

Lze to považovat za stavový aparát, měnící se od státu ke stavu v každém hodinovém cyklu, v závislosti na obsahu registru instrukcí a externích vstupů.

Výstupem tohoto stavového přístroje jsou řídicí signály. Pořadí operací prováděných tímto strojem je určeno zapojením logických prvků. Z tohoto důvodu se nazývá „integrovaný“.

Návrh je založen na konkrétní architektuře. Pokud jsou vyžadovány změny sady instrukcí, měly by být provedeny změny v zapojení a obvodu.

To je základ architektury architektury redukovaných instrukčních sad (RISC), která má jen malý počet instrukcí.

Řídicí signály

K řízení operací jsou nezbytné řídicí signály. Jsou šířeny výslovně navrženými logickými obvody, ve kterých způsob generování signálů nemůže být modifikován bez fyzické změny ve struktuře obvodu.

Řídicí signály k provedení operace musí být vysílány nikoli v jednom časovém bodě, ale po celé časové období odpovídající cyklu provádění instrukcí.

Operační kód instrukce obsahuje základní informace pro vysílání řídícího signálu.

Instrukční dekodér

Operační kód je dekódován v dekodéru instrukcí. Toto je tvořeno sadou dekodérů, které dekódují různá pole kódu operace instrukce.

Dekodér instrukcí umožňuje řídící jednotce vstoupit do prvního stavu spojeného s prováděním nové operace, který trvá tak dlouho, dokud časovací signály a další vstupní signály zůstanou nezměněny.

Změna v kterémkoli z výše uvedených signálů vyzývá ke změně stavu řídicí jednotky.

Výsledkem je, že některé řádky vycházející z dekodéru instrukcí získávají hodnoty v signálu. Tato vedení jsou připojena k zařízení generátoru řídicích signálů pro různé jednotky počítače.

Opakováním organizace těchto fází je v řídící jednotce strukturováno vhodné uspořádání vnitřních stavů.

Když nová řídicí instrukce dorazí do řídicí jednotky, vložené jednotky jsou v počátečním stavu, aby získaly novou instrukci.

Mikroprogramovaná jednotka

Zásadní rozdíl tohoto přístupu vůči integrované jednotce spočívá v existenci řídicí paměti, která se používá k ukládání mikroprogramů, které obsahují kódované řídicí signály, nezbytné pro provádění operace.

Operační kód instrukce nebude dekódován, aby okamžitě vytvořil řídicí signál, ale bude uvedena adresa mikroprogramu, který je uložen v kontrolním úložišti.

To znamená, že řídicí signály připojené k pokynům jsou uloženy ve speciálních paměťových buňkách jako vyměnitelný firmware.

Mikroprogramovaná řídicí jednotka je pomalejší než vestavěná jednotka kvůli času potřebnému k obnovení operací nalezených v paměťové jednotce.

Funkce

Řídicí jednotka je odpovědná za informování vstupních a výstupních zařízení, hlavní paměti a logicko-aritmetické jednotky počítače o tom, jak replikovat operace, které jsou vydávány procesoru.

Získá programové operace do paměti a vezme je do registru procesoru. V závislosti na tom, co tento registr obsahuje, řídicí jednotka vytvoří signál, který sleduje výkon těchto operací.

V závislosti na typu operace, kterou zadáte do řídicí jednotky, můžete změnit počet a pořadí sekvenčních kroků generovaných pro výběr a konfiguraci částí CPU, které budou použity k dosažení cíle operace, ať už se jedná o přesun, úpravu nebo ukládat data.

Tento proces dekódovacích operací se provádí znovu, jakmile se čítač zvýší na další uloženou adresu programu. Z této adresy je nová operace zadána do řídicí jednotky atd. Až do konce programu.

Ilustrace

Funkce, které řídicí jednotka vykonává, budou záviset na typu CPU v důsledku existujících rozdílů ve struktuře mezi různými značkami. Následující diagram ukazuje, jak jsou zpracovávány pokyny v programu.

Zdroj: Podle Kapooht - vlastní práce, CC BY-SA 3.0, - Zpracovává více úkolů, jako je vyhledávání a načítání pokynů, dekódování, řízení provádění a ukládání výsledků.

- Přijímá externí instrukce nebo příkazy, které převádí na sled řídicích signálů.

- Interpretujte pokyny.

- Řídí postupné provádění pokynů.

- Koordinuje posloupnost pohybů dat dovnitř, ven a mezi mnoha podjednotkami procesoru.

- Reguluje a řídí synchronizaci prováděcích jednotek, jako je aritmetická logická jednotka, a datových úložišť a registrů obsažených v procesoru.

- Odesílá a přijímá řídicí signály do jiných výpočetních zařízení.

- Řídí a řídí tok dat přes různé oblasti počítače.

Reference

1. Techopedia (2019). Řídicí jednotka (CU). Převzato z: stroppedia.com.
2. Počítačová naděje (2017). Řídící jednotka. Převzato z: computerhope.com.
3. Geeks for Geeks (2019). Organizace počítače: Mikro-naprogramovaná řídicí jednotka v / s, převzato z: geeksforgeeks.org.
4. Geeks for Geeks (2019). Představení řídicí jednotky a její konstrukce. Převzato z: geeksforgeeks.org.
5. Wikipedia, encyklopedie zdarma (2019). Řídící jednotka. Převzato z: en.wikipedia.org.