و حدة التحكم هي الدوائر الرقمية الذي يحكم عمليات ومقابض جميع إشارات التحكم داخل معالج للكمبيوتر. يسمح لوحدة المنطق والذاكرة وملحقات الإدخال والإخراج بمعرفة كيفية تكرار الأوامر المستلمة من البرنامج. وبالتالي ، فإنه يوجه كل تدفق المدخلات والمخرجات ، ويبحث عن رمز لعمليات البرنامج ، ويوجه الوحدات الأخرى عن طريق إرسال إشارات التوقيت والتحكم.
تعمل وحدة التحكم عن طريق قبول بيانات الإدخال ، والتي تحولها إلى إشارات تحكم والتي يتم إرسالها لاحقًا إلى المعالج المركزي. يأمر المعالج الأجهزة المختلفة بالعمليات المطلوب إجراؤها.
المصدر: pixabay.com
هذه الوحدة هي مكون المعالج الذي يعمل بمثابة عقلك ، حيث يقوم بتوليد التعليمات لجميع العمليات تقريبًا والتأكد من تنفيذها بشكل صحيح.
ومن الأمثلة على الأجهزة التي تستخدم وحدات التحكم وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة معالجة الرسومات (GPU).
مكونات
لتنفيذ إجراء ما ، يجب أن تنتج وحدة التحكم في وحدة المعالجة المركزية إشارة التحكم الضرورية بالتسلسل الصحيح. هناك طريقتان تستخدمان لتوليد إشارات التحكم هذه بالتسلسل الصحيح.
وحدة متكاملة
تتكون وحدة التحكم من بوابات منطقية ، و flip-flops ، ودوائر رقمية ، ومشفرات ، ومفككات تشفير ، وهي سلكية بطريقة ثابتة.
يمكن اعتباره جهاز حالة ، والذي يختلف من حالة إلى أخرى في كل دورة ساعة ، اعتمادًا على محتوى سجل التعليمات والمدخلات الخارجية.
خرج جهاز الدولة هذا هو إشارات التحكم. يتم تحديد تسلسل العمليات التي تقوم بها هذه الآلة من خلال توصيل العناصر المنطقية بأسلاك. لهذا السبب يطلق عليه "متكامل".
يعتمد التصميم على بنية محددة. عندما تكون التغييرات في مجموعة التعليمات مطلوبة ، يجب إجراء تغييرات على الأسلاك والدائرة.
هذا هو الأساس لبنية حوسبة مجموعة التعليمات المخفضة (RISC) ، والتي لا تحتوي إلا على عدد صغير من التعليمات.
إشارات التحكم
إشارات التحكم ضرورية لتوجيه تنفيذ العمليات. يتم نشرها بواسطة دوائر منطقية مصممة بشكل صريح ، حيث لا يمكن تعديل طريقة توليد الإشارة بدون تغيير مادي في بنية الدائرة.
يجب بث إشارات التحكم لإجراء عملية ليس في نقطة زمنية واحدة ، ولكن على مدار الفترة الزمنية الكاملة المقابلة لدورة تنفيذ التعليمات.
يشتمل كود التشغيل الخاص بالتعليمات على المعلومات الأساسية لبث إشارة التحكم.
فك التعليمات
يتم فك شفرة التشغيل في وحدة فك ترميز التعليمات. يتكون هذا من مجموعة من أجهزة فك التشفير التي تقوم بفك تشفير الحقول المختلفة لكود العملية للتعليمات.
يسمح مفكك تشفير التعليمات لوحدة التحكم بالدخول إلى الحالة الأولى المرتبطة بتنفيذ العملية الجديدة ، والتي تستمر طالما بقيت إشارات التوقيت وإشارات الإدخال الأخرى دون تغيير.
يؤدي أي تغيير في أي من الإشارات المذكورة أعلاه إلى تغيير حالة وحدة التحكم.
نتيجة لذلك ، تكتسب بعض الخطوط الخارجة من وحدة فك ترميز التعليمات قيمًا في الإشارة. تقترن هذه الخطوط بجهاز مولد إشارة التحكم للوحدات المختلفة للكمبيوتر.
من خلال تكرار تنظيم هذه المراحل ، يتم تنظيم الترتيب المناسب للحالات الداخلية في وحدة التحكم.
عندما تصل تعليمات جديدة إلى وحدة التحكم ، تكون الوحدات المدمجة في الحالة الأولية لاسترداد التعليمات الجديدة.
وحدة مبرمجة دقيقة
يتمثل الاختلاف الأساسي في هذا النهج فيما يتعلق بالوحدة المتكاملة في وجود مخزن تحكم يستخدم لتخزين البرامج الدقيقة التي تتضمن إشارات التحكم المشفرة الضرورية لتنفيذ العملية.
لن يتم فك شفرة تشغيل التعليمات لإنشاء إشارة تحكم على الفور ، ولكن سيتم الإشارة إلى عنوان البرنامج الصغير المخزن في مخزن التحكم.
بمعنى ، يتم تخزين إشارات التحكم المرفقة بالتعليمات في خلايا ذاكرة خاصة كبرنامج ثابت قابل للاستبدال.
تعد وحدة التحكم المبرمجة الدقيقة أبطأ من الوحدة المدمجة نظرًا للوقت الذي تستغرقه لاستعادة العمليات الموجودة في وحدة الذاكرة.
المميزات
تقع على عاتق وحدة التحكم مسؤولية إعلام أجهزة الإدخال والإخراج والذاكرة الرئيسية والوحدة الحسابية المنطقية للكمبيوتر حول كيفية تكرار العمليات التي يتم إصدارها للمعالج.
يحصل على عمليات البرنامج في الذاكرة ويأخذها إلى سجل المعالج. اعتمادًا على ما يشتمل عليه هذا السجل ، تقوم وحدة التحكم بإنشاء إشارة تراقب أداء هذه العمليات.
اعتمادًا على نوع العملية التي تدخلها إلى وحدة التحكم ، يمكنك تغيير رقم وترتيب الخطوات المتسلسلة التي تم إنشاؤها لتحديد وتكوين أجزاء وحدة المعالجة المركزية التي سيتم استخدامها لتحقيق هدف العملية ، سواء كانت تتحرك أو تعدل أو تخزين البيانات.
يتم تنفيذ عملية عمليات فك التشفير هذه مرة أخرى حيث يتم زيادة العداد إلى العنوان المحفوظ التالي للبرنامج. من هذا العنوان يتم إدخال العملية الجديدة في وحدة التحكم ، وهكذا حتى نهاية البرنامج.
توضيح
ستعتمد الوظائف التي تؤديها وحدة التحكم على نوع وحدة المعالجة المركزية ، بسبب التباينات الموجودة في الهيكل بين العلامات التجارية المختلفة. يوضح الرسم البياني التالي كيفية معالجة الإرشادات الموجودة في البرنامج.
المصدر: By Kapooht - Own work، CC BY-SA 3.0،
- يتولى مهام متعددة ، مثل البحث عن التعليمات واسترجاعها وفك التشفير وإدارة التنفيذ وتخزين النتائج.
- يتلقى التعليمات أو الأوامر الخارجية التي تحولها إلى سلسلة من إشارات التحكم.
- تفسير التعليمات.
- يتحكم في التنفيذ المتسلسل للتعليمات.
- ينسق تسلسل حركات البيانات داخل وخارج وبين العديد من الوحدات الفرعية للمعالج.
- ينظم ويتحكم في تزامن وحدات التنفيذ ، مثل الوحدة المنطقية الحسابية ، ومخازن البيانات والسجلات الموجودة في المعالج.
- إرسال واستقبال إشارات التحكم إلى أجهزة الحوسبة الأخرى.
- يوجه ويتحكم في تدفق البيانات عبر مناطق الكمبيوتر المختلفة.
المراجع
- تيكوبيديا (2019). وحدة التحكم (CU). مأخوذة من: ceilingpedia.com.
- أمل الكمبيوتر (2017). وحدة التحكم. مأخوذة من: computerhope.com.
- Geeks for Geeks (2019). تنظيم الكمبيوتر: وحدة التحكم ذات البرامج الدقيقة ذات السلك الصلب مقابل / ثانية مأخوذة من: geeksforgeeks.org.
- Geeks for Geeks (2019). استحداث وحدة التحكم وتصميمها. مأخوذة من: geeksforgeeks.org.
- ويكيبيديا ، الموسوعة المجانية (2019). وحدة التحكم. مأخوذة من: en.wikipedia.org.