- Komponenten
- Integrierte Einheit
- Steuersignale
- Befehlsdecoder
- Mikroprogrammierte Einheit
- Eigenschaften
- Illustration
- Verweise
Die Steuereinheit ist eine digitale Schaltung, die den Betrieb steuert und alle Steuersignale im Prozessor eines Computers verarbeitet. Dadurch können die Logikeinheit, der Speicher sowie die Eingangs- und Ausgangsperipheriegeräte wissen, wie von einem Programm empfangene Befehle repliziert werden. Somit leitet es den gesamten Eingabe- und Ausgabefluss weiter, sucht nach Code für Programmoperationen und steuert andere Einheiten durch Senden von Zeit- und Steuersignalen.
Eine Steuereinheit lässt Eingangsdaten zu, die sie in Steuersignale umwandelt und die anschließend an den Zentralprozessor übertragen werden. Der Prozessor ordnet den verschiedenen Geräten an, welche Vorgänge ausgeführt werden sollen.
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Diese Einheit ist die Komponente des Prozessors, der als Ihr Gehirn fungiert, die Anweisungen für fast alle Vorgänge generiert und sicherstellt, dass sie korrekt ausgeführt werden.
Beispiele für Geräte, die Steuereinheiten verwenden, sind die Zentraleinheit (CPU) und die Grafikeinheit (GPU).
Komponenten
Um eine Aktion auszuführen, muss die CPU-Steuereinheit das erforderliche Steuersignal in der richtigen Reihenfolge erzeugen. Es gibt zwei Ansätze, mit denen diese Steuersignale in der richtigen Reihenfolge erzeugt werden.
Integrierte Einheit
Die Steuereinheit besteht aus Logikgattern, Flip-Flops, digitalen Schaltungen, Codierern und Decodierern, die auf eine festgelegte Weise verdrahtet sind.
Es kann als eine Zustandsvorrichtung betrachtet werden, die in jedem Taktzyklus von Zustand zu Zustand variiert, abhängig vom Inhalt des Befehlsregisters und der externen Eingänge.
Der Ausgang dieser Zustandsvorrichtung sind die Steuersignale. Die Reihenfolge der von dieser Maschine ausgeführten Operationen wird durch die Verdrahtung der Logikelemente bestimmt. Aus diesem Grund wird es "integriert" genannt.
Das Design basiert auf einer bestimmten Architektur. Wenn Änderungen am Befehlssatz erforderlich sind, sollten Änderungen an der Verkabelung und der Schaltung vorgenommen werden.
Dies ist die Basis für die RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computing), die nur eine geringe Anzahl von Befehlen enthält.
Steuersignale
Steuersignale sind wichtig, um die Ausführung von Operationen zu steuern. Sie werden durch ausdrücklich entworfene Logikschaltungen verbreitet, in denen das Signalerzeugungsverfahren nicht ohne eine physikalische Änderung der Schaltungsstruktur modifiziert werden kann.
Die Steuersignale zum Ausführen einer Operation müssen nicht zu einem einzelnen Zeitpunkt gesendet werden, sondern über den gesamten Zeitraum, der dem Befehlsausführungszyklus entspricht.
Der Opcode eines Befehls enthält die Basisinformationen zum Senden des Steuersignals.
Befehlsdecoder
Der Opcode wird im Befehlsdecoder decodiert. Dies besteht aus einer Reihe von Decodern, die die verschiedenen Felder des Operationscodes des Befehls decodieren.
Der Befehlsdecoder ermöglicht es der Steuereinheit, in den ersten Zustand einzutreten, der mit der Ausführung der neuen Operation verbunden ist, der so lange dauert, wie die Zeitsignale und andere Eingangssignale unverändert bleiben.
Eine Änderung eines der oben genannten Signale veranlasst den Status der Steuereinheit, sich zu ändern.
Infolgedessen erfassen einige aus dem Befehlsdecoder kommende Leitungen Werte im Signal. Diese Leitungen sind mit der Steuersignalgeneratorvorrichtung für die verschiedenen Einheiten des Computers verbunden.
Durch Wiederholen der Organisation dieser Phasen wird die entsprechende Reihenfolge der internen Zustände in der Steuereinheit strukturiert.
Wenn ein neuer Befehl bei der Steuereinheit ankommt, befinden sich die eingebetteten Einheiten im Anfangszustand, um den neuen Befehl abzurufen.
Mikroprogrammierte Einheit
Der wesentliche Unterschied dieses Ansatzes in Bezug auf die integrierte Einheit ist das Vorhandensein eines Steuerspeichers, der zum Speichern der Mikroprogramme verwendet wird, die die codierten Steuersignale enthalten, die für die Ausführung einer Operation wesentlich sind.
Der Operationscode des Befehls wird nicht decodiert, um sofort ein Steuersignal zu erzeugen, aber die Adresse eines Mikroprogramms, das im Steuerspeicher gespeichert ist, wird angezeigt.
Das heißt, die mit den Anweisungen verbundenen Steuersignale werden in speziellen Speicherzellen als austauschbare Firmware gespeichert.
Die mikroprogrammierte Steuereinheit ist langsamer als die eingebaute Einheit, da die Wiederherstellung der in der Speichereinheit gefundenen Vorgänge einige Zeit dauert.
Eigenschaften
Es liegt in der Verantwortung der Steuereinheit, die Eingabe- und Ausgabegeräte, den Hauptspeicher und die logisch-arithmetische Einheit des Computers darüber zu informieren, wie die an den Prozessor ausgegebenen Operationen repliziert werden.
Ruft Programmoperationen in den Speicher ab und führt sie zum Prozessorregister. Abhängig davon, was dieses Register enthält, erzeugt die Steuereinheit ein Signal, das die Leistung dieser Operationen überwacht.
Abhängig von der Art der Operation, die Sie in die Steuereinheit eingeben, können Sie die Anzahl und Reihenfolge der sequentiellen Schritte ändern, die generiert werden, um die Teile der CPU auszuwählen und zu konfigurieren, die zum Erreichen des Ziels der Operation verwendet werden, sei es Verschieben, Ändern oder Daten speichern.
Dieser Prozess der Decodierungsoperationen wird erneut ausgeführt, wenn der Zähler auf die nächste gespeicherte Adresse des Programms erhöht wird. Von dieser Adresse aus wird die neue Operation in die Steuereinheit eingegeben und so weiter bis zum Ende des Programms.
Illustration
Die Funktionen, die eine Steuereinheit ausführt, hängen aufgrund der vorhandenen Unterschiede in der Struktur zwischen den verschiedenen Marken vom CPU-Typ ab. Das folgende Diagramm zeigt, wie die Anweisungen in einem Programm verarbeitet werden.
Quelle: Von Kapooht - Eigene Arbeit, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25789639
- Erledigt mehrere Aufgaben wie Suchen und Abrufen von Anweisungen, Dekodieren, Verwalten der Ausführung und Speichern von Ergebnissen.
- Es empfängt die externen Anweisungen oder Befehle, die es in eine Folge von Steuersignalen umwandelt.
- Interpretieren Sie die Anweisungen.
- Steuert die sequentielle Ausführung von Anweisungen.
- Koordiniert die Abfolge der Datenbewegungen innerhalb, außerhalb und zwischen den vielen Prozessoruntereinheiten.
- Regelt und steuert die Synchronisation der Ausführungseinheiten wie der arithmetischen logischen Einheit und der im Prozessor enthaltenen Datenspeicher und Register.
- Sendet und empfängt Steuersignale an andere Computergeräte.
- Leitet und steuert den Datenfluss durch die verschiedenen Bereiche des Computers.
Verweise
- Techopedia (2019). Steuereinheit (CU). Entnommen aus: deckenpedia.com.
- Computer Hope (2017). Steuergerät. Entnommen aus: computerhope.com.
- Geeks for Geeks (2019). Computerorganisation: Festverdrahtete v / s Mikroprogrammierte Steuereinheit. Entnommen aus: geeksforgeeks.org.
- Geeks for Geeks (2019). Einführung der Steuereinheit und ihres Designs. Entnommen aus: geeksforgeeks.org.
- Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2019). Steuergerät. Entnommen aus: en.wikipedia.org.