Что такое устройство управления
Устройство управления
УУ современных процессоров обычно реализуются в виде микропрограммного автомата и в этом случае УУ включает в себя ПЗУ микрокоманд.
УУ предназначено для формирования сигналов управления для всех блоков машины.
В архитектуре фон Неймана является неотъемлемой частью центрального процессора.
Связанные понятия
Разработка синхронных цифровых интегральных схем на уровне передач данных между регистрами (англ. register transfer level, RTL — уровень регистровых передач) — способ разработки синхронных (англ.) цифровых интегральных схем, при применении которого работа схемы описывается в виде последовательностей логических операций, применяемых к цифровым сигналам (данным) при их передаче от одного регистра к другому (не описывается, из каких электронных компонентов или из каких логических вентилей состоит схема.
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Ввод-вывод через порты (англ. I/O ports) — схемотехническое решение, организующее взаимодействие процессора и устройств ввода-вывода. Противоположность вводу-выводу через память.
Многоканальный режим (англ. Multi-channel architecture) — режим работы оперативной памяти (RAM) и её взаимодействия с материнской платой, процессором и другими компонентами компьютера, при котором может быть увеличена скорость передачи данных между ними за счёт использования сразу нескольких каналов для доступа к объединённому банку памяти (это можно проиллюстрировать на примере ёмкостей, через горлышко одной из которых жидкость будет выливаться дольше, чем из двух других с такими же общим суммарным.
Mультипле́ксор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.
В информатике бу́фер (англ. buffer), мн. ч. бу́феры — это область памяти, используемая для временного хранения данных при вводе или выводе. Обмен данными (ввод и вывод) может происходить как с внешними устройствами, так и с процессами в пределах компьютера. Буферы могут быть реализованы в аппаратном или программном обеспечении, но подавляющее большинство буферов реализуется в программном обеспечении. Буферы используются, когда существует разница между скоростью получения данных и скоростью их обработки.
Латентность (в т.ч. англ. CAS Latency, CL; жарг. тайминг) — временна́я задержка сигнала при работе динамической оперативной памяти со страничной организацией, в частности, SDRAM. Эти временны́е задержки также называют таймингами и для краткости записывают в виде трех чисел, по порядку: CAS Latency, RAS to CAS Delay и RAS Precharge Time. От них в значительной степени зависит пропускная способность участка «процессор-память» и задержки чтения данных из памяти и, как следствие, быстродействие системы.
В информатике и теории автоматов состояние цифровой логической схемы или компьютерной программы является техническим термином для всей хранимой информации, к которой схема или программа в данный момент времени имеет доступ. Вывод данных цифровой схемы или компьютерной программы в любой момент времени полностью определяется его текущими входными данными и его состоянием.
УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ
ЭВМ, координирует совм. работу процессора, внеш. памяти, устройств ввода-вывода и др. посредством управляющих сигналов, вырабатываемых У. у. в соответствии с реализуемой программой.
Смотреть что такое «УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ» в других словарях:
устройство управления — — [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN control unitCU … Справочник технического переводчика
устройство управления — 3.10 устройство управления: Устройство для обработки информации, поступающей по каналу связи и формирования и выдачи управляющих команд УРП в соответствии с управляющей программой. Источник: ГОСТ Р … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
устройство управления — valdymo įtaisas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. control gear; control unit; drive unit vok. Steuereinheit, f; Steuergerät, n rus. управляющее устройство, n; устройство управления, n pranc. bloc de commande, m; unité de commande, f … Automatikos terminų žodynas
устройство управления — valdymo įtaisas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas tam tikram objektui valdyti. atitikmenys: angl. control device; control unit vok. Steuereinheit, f; Steuerwerk, n rus. управляющее устройство, n; устройство… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
устройство управления — valdymo įtaisas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. control arrangement; control gear; control unit vok. Steueranlage, f; Steuergerät, n; Steuerungseinrichtung, f rus. управляющее устройство, n; устройство управления, n pranc. dispositif… … Fizikos terminų žodynas
устройство управления — valdymo įrenginys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. control equipment; control gear vok. Steuereinrichtung, f; Steuergerät, n rus. устройство управления, n pranc. dispositif de commande, f; dispositif de contrôle, m … Automatikos terminų žodynas
устройство управления — valdiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Specialus procesorius kitiems įtaisams, įrenginiams ar sistemoms valdyti. atitikmenys: angl. controller vok. Kontroller, m; Steuereinheit, f rus. контроллер, m; устройство… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
устройство управления — valdiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas, valdantis automatinį mėginių ėmiklį, kuriuo imamas tipinis mėginys. atitikmenys: angl. controller vok. Kontroller, m; Steuereinheit, f rus. контроллер, m; устройство… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
устройство управления — valdiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. controller vok. Kontroller, m; Steuereinheit, f rus. контроллер, m; устройство управления, n pranc. contrôleur, m … Fizikos terminų žodynas
устройство управления — ЭВМ, координирует совместную работу процессора, внешней памяти, устройств ввода вывода и других посредством управляющих сигналов, вырабатываемых устройством управления в соответствии с реализуемой программой … Энциклопедический словарь
устройство управления — Часть вычислительной машины, предназначенная для автоматического управления всеми частями машины в соответствии с программой … Политехнический терминологический толковый словарь
Устройство управления
Устройство управления (УУ) — часть центрального процессора. Оно вырабатывает распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд. На этапе цикла выборки команды УУ интерпретирует команду, выбранную из программной памяти. На этапе выполнения команды в соответствии с типом реализуемой операции УУ формирует требуемый набор команд низкого уровня для арифметико-логического устройства и других устройств. Эти команды задают последовательность простейших низкоуровневых операций, таких, как пересылка данных, сдвиг данных, установка и анализ признаков, запоминание результатов и др. Такие элементарные низкоуровневые операции называют микрооперациями, а команды, формируемые устройством управления, называются микрокомандами. Последовательность микрокоманд, соответствующая одной команде, называется микропрограммой.
В простейшем случае УУ имеет в своем составе три устройства — регистр команды, который содержит код команды во время ее выполнения, программный счетчик, в котором содержится адрес очередной подлежащей выполнению команды, регистр адреса, в котором вычисляются адреса операндов, находящихся в памяти. Для связи пользователя с ЭВМ предусмотрен пульт управления, который позволяет выполнять такие действия, как сброс ЭВМ в начальное состояние, просмотр регистра или ячейки памяти, запись адреса в программный счетчик, пошаговое выполнение программы при ее отладке и т.д.
Тема 3.7. Назначение и классификация УУ
Устройство управления (УУ) предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых происходит преобразование информации в арифметико-логическом устройстве, а также операции по записи и чтению информации в/из запоминающего устройства. Упрощенная структурная схема устройства управления (УУ) показана на рис.24.
Рис. 24 Структурная схема УУ
Основные функции УУ:
1. Формирование адреса инструкции.
2. Считывание инструкции из ОЗУ (ПЗУ) и ее хранение во время выполнения.
3. Дешифрация кода операции.
4. Формирование управляющих сигналов.
5. Считывание из регистра команд и регистров микропроцессорной памяти отдельных составляющих адресов операндов (чисел), участвующих в вычислениях, и формирование полных адресов операндов.
6. Выборка операндов (по сформированным адресам) и выполнение заданной операции обработки этих операндов.
7. Запись результатов операции в память.
8. Формирования адреса следующей команды программы.
По принципу формирования и развертывания временной последовательности управляющих сигналовразличают УУ:
— аппаратного (схемного) типа, выполненным в виде управляющего автомата с жесткой логикой, в котором функции переходов и выходов реализуются набором логических элементов, а требуемое количество состояний автомата задается множеством запоминающих элементов;
— микропрограммного типа, в которых блок управления реализован как блок микропрограммного управления.
По способу построения рабочего цикла различают УУ:
— с прямым циклом,
На первом этапе производится выборка из памяти команды, а затем следуют этапы выполнения машинной операции.
— с обращенным циклом,
В первую очередь выдаются управляющие сигналы для выполнения машинной операции по коду команды, поступившей в ЦУУ на предыдущем цикле (предвыборка команд), а затем из памяти выбирается код команды, которая будет исполняться в следующем цикле.
— с совмещением во времени циклов выполнения нескольких команд (конвейером команд).
По способу синхронизацииработы ЭВМ в зависимости от числа тактов в цикле выполнения команды различают УУ:
— с постоянным числом тактов;
— с переменным числом тактов.
В микропрограмме рабочего цикла выделяют общую и специальную части. К общей части относятся микрокоманды, исполняемые в цикле любой команды: выборка команды, анализ запросов на прерывание, формирование адреса следующей команды, анализ состояния процессора. Эти микрокоманды выполняются за постоянное число тактов.
К специальной части относятся микрокоманды, по которым вырабатываются управляющие сигналы в зависимости от содержания операционной части исполняемой команды. В этом случае количество тактов будет переменным для различных команд. В современных ЭВМ с различной структурой используемых команд, число тактов зависит от формата выбираемой команды, структуры ее адресной части и длины операндов.
По общей организацииуправление может быть:
— централизованным;
— Блок управления УУ вырабатывает все УС (управляющие сигналы) микроопераций для всех команд, выполняемых процессором;
— смешанным
По принципу организации цикловразличают УУ:
—синхронного типа, в которых время цикла может быть постоянным или переменным;
—асинхронного типа, в которых продолжительность цикла определяется фактическими затратами времени на выполнение каждой операции. В этом случае необходимо вырабатывать сигналы об окончании операции;
—смешанного типа, где частично реализуются оба предыдущих принципа организации циклов.
Тема 3.8. Назначение и классификация АЛУ
АЛУ – одна из основных функциональных частей процессора, осуществляющая непосредственное преобразование информации.
Все операции, выполняемые в АЛУ, можно разделить на следующие группы:
— операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;
— операции двоичной (шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой;
— операции десятичной арифметики над числами, представленными в двоично-десятичном коде;
— операции адресной арифметики (при модификации адресов команд);
— операции специальной арифметики (нормализация, сдвиг);
— операции над алфавитно-цифровыми полями.
Для выполнения перечисленных операций в АЛУ включают следующие функциональные узлы:
— сумматор (для выполнения суммирования и других действий над кодами операндов);
— регистры (для хранения кодов операндов на время выполнения действия над ними);
— сдвигатели (для сдвига кода на один или несколько разрядов вправо или влево);
— преобразователи (для преобразования прямого кода числа в обратный или дополнительный);
— комбинационные схемы (для реализации логических операций, мультиплексирования данных, управляемой передачи информации, формирования признаков результата).
Регистры и в некоторых случаях сумматоры имеют цепи управления приемом, выдачей и сбросом кодов операндов. Логические операции, операции сдвига и преобразования кодов могут выполняться не только специальными устройствами, но и с помощью дополнительных связей регистров и сумматора.
Рис.25 Структурная схема АЛУ
Обобщенная структурная схема АЛУ (рис. 25) включает:
— блок регистров (БР) для приема и размещения операндов и результатов;
— операционный блок, в котором осуществляется преобразование операндов в соответствии с реализуемыми алгоритмами;
— схемы контроля, обеспечивающие непрерывный оперативный контроль и диагностирование ошибок;
— блок управления (БУ), в котором после приема кода операции (КОП) из центрального устройства управления формируются управляющие сигналы (УС), координирующие взаимодействие всех узлов АЛУ между собой и с другими блоками процессора.
Блок регистров (БР) связан с РОН центрального процессора и кэш-памятью данных.
Иногда АЛУ не содержит своего БР, в этом случае операционный блок непосредственно работает с регистрами общего назначения процессора. Для оперативного управления выполнением операции в ОБ на разных этапах анализируется преобразуемая информация и формируются сигналы признаков (флаги), которые используются в БУ для выработки и посылки в процессор сигнала признака результата (ПРез).
Устройство управления
Устройство управления предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых происходит преобразование информации в арифметико-логическом устройстве, а также операции по записи и чтению информации в/из запоминающего устройства.
Устройства управления делятся на:
В устройствах управления первого типа для каждой команды, задаваемой кодом операции, строится набор комбинационных схем, которые в нужных тактах вырабатывают необходимые управляющие сигналы.
Схемное устройство управления
Устройство управления схемного типа (рис. 1) состоит из:
Рис. 1. Функциональная схема схемного устройства управления
Рис. 2. Временная диаграмма работы датчика сигналов
Датчик сигналов обычно реализуется на основе счетчика с дешифратором или на сдвиговом регистре.
Датчик сигналов на основе счетчика с дешифратором
Реализация датчика сигналов на основе счетчика с дешифратором представлена на рис. 3. По заднему фронту каждого тактового импульса, поступающего на устройство управления с системного генератора импульсов, счетчик увеличивает свое состояние; выходы счетчика соединены со входами дешифратора, выходы которого и являются выходами датчика сигналов (рис. 4).
Рис. 3. Схема датчика сигналов на основе счетчика с дешифратором
Рис. 4. Временная диаграмма работы датчика сигналов на основе счетчика с дешифратором
Датчик сигналов на сдвиговом регистре
Проектирование датчика сигналов на сдвиговом регистре требует лишь его «закольцовывания», то есть соединения выхода последнего разряда с входом, через который в регистр заносится информация при сдвиге, и первоначальной установки (рис. 5). В начальном состоянии регистр содержит «1» только в разряде 0. Входы параллельной загрузки регистра для его начальной установки и соответствующий этой операции управляющий вход регистра на схеме не показаны.
Рис. 5. Схема датчика сигналов на основе регистра сдвига
Временная диаграмма работы этой схемы приведена на рис. 6.
Рис. 6. Временная диаграмма работы датчика сигналов на основе регистра сдвига
Наиболее сложной частью схемного устройства управления является блок управления операциями. Он представляет собой нерегулярную схему, структура которой определяется системой команд и составом оборудования процессора. Такое УУ может быть реализовано в виде специализированной интегральной схемы.
Структурная схема микропрограммного устройства управления
Микропрограммное устройство управления представлено на рис. 7. Преобразователь адреса микрокоманды преобразует код операции команды, присутствующей в данный момент в регистре команд, в начальный адрес микропрограммы, реализующей данную операцию, а также определяет адрес следующей микрокоманды выполняемой микропрограммы по значению адресной части текущей микрокоманды.
На табл 1 приведен пример микропрограммы для выполнения операции умножения чисел в дополнительном коде. Предполагается, что начальный адрес микропрограммы равен 300, количество разрядов множителя равно 2, а адресная часть микрокоманды содержит адрес микрокоманды, которая должна быть выбрана в следующем такте. В последней микрокоманде в регистр команд загрузится очередная команда, код операции которой определит начальный адрес очередной микропрограммы. В реальных микропрограммных устройствах управления формирование адреса следующей микрокоманды проводится более сложным образом, учитывающим возможности ветвлений и циклического повторения отдельных фрагментов микропрограмм.
| Адрес МК | УС1 | УС2 | УС3 | УС4 | УС5 | УС6 | Сигнал записи в РК | Адрес следующей МК |
| 300 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 301 |
| 301 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 302 |
| 302 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 303 |
| 303 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 304 |
| 304 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | Х |
Из анализа структуры и принципов работы схемного и микропрограммного устройств управления видно, что УУ первого типа имеют сложную нерегулярную структуру, которая требует специальной разработки для каждой системы команд и должна практически полностью перерабатываться при любых модификациях системы команд. В то же время оно имеет достаточно высокое быстродействие, определяемое быстродействием используемого элементного базиса.
Устройство управления, реализованное по микропрограммному принципу, может легко настраиваться на возможные изменения в операционной части ЭВМ. При этом настройка во многом сводится лишь к замене микропрограммной памяти. Однако УУ этого типа обладают худшими временными показателями по сравнению с устройствами управления на жесткой логике.