Управљачка јединица

Управљачка јединица управља радом не само централног процесора него и улазних и излазних јединица. Управљачка јединица одређује кад и шта треба памтити, рачунати, упоређивати.

Задаци управљачке јединице су да управља и усклађује рад свих функција и делова рачунарског система као што су:

– да управља радом улазно – излазне (У/И) јединице,
– да чита податке из оперативне меморије и да уписује податке у оперативну меморију (у ствари, управљачка јединица само генерише одговарајуће управљачке сигнале који затим воде процес читања из меморије, односно уписа у меморију),
– да контролише и управља преносом података из аритметичко-логичке јединице у оперативну меморију и обрнуто,
– да контролише извршење аритметичких операција и доноси логичке закључке и одлуке.

Све ове функције управљачка јединица врши на основу управљачких информација које зовемо инструкцијама, које су задате од стране човека и које се у облику машинског програма налазе у оперативној меморији рачунарског система. За извршење једне операције обично се користи једна инструкција. Међутим, свака операција се може разбити на низ микрооперација.

Микрооперације су елементарне операције које се извршавају у једном тактном интервалу. По функцији коју обављају могу се поделити у неколико категорија:

1. Пренос података између регистара.
2. Пренос података из регистара ка спољашњем интерфејсу односно системским магистралама. Овде се под подацима подразумевају СВИ сигнали који се из процесора преносе на системску магистралу: и адресе, и управљачки сигнали и подаци!
3. Пренос података од спољашњег интерфејса ка регистрима.
4. Извршавање аритметичко-логичких операција при чему се улаз и излаз налазе у регистрима процесора.
5. декодирање адреса

На пример, операција множења се састоји од више микрооперација:
– пренос адресе операнда у меморијски адресни регистар,
– декодирање адресе и генерисање сигнала за очитавање садржаја,
– пребацивање садржаја меморијске локације у прихватни регистар меморије
понављање претходна три корака за други операнд
– извршавање множења у АЛЈ
– смештање резултата у регистар (прихватни регистар)
– декодирање адресе резултата и генерисање сигнала за упис у меморију
– пребацивање садржаја прихватног регистра на магистралу података


Задатак управљачке јединице јесте да све неопходне управљачке сигнале за обављање ових микрооперација генерише у тачно одређеним тренуцима.

Постоје два начина за реализацију управљачке јединице т.ј. два су основна приступа за формирање управљачких сигнала. Један приступ се састоји у томе да за сваку инструкцију постоји одговарајућа логичка мрежа. Оваква реализација се назива директна или хардверска.

Хардверски реализована управљачка јединица


У састав хардверски реализоване управљачке јединице улазе:

– регистар кода инструкција, који представља део регистра инструкција (RIN) који чува инструкцију у процесу њеног извршавања,
– декодер кода операције,
– генератор синхронизационих импулса,
– бројач тактова,
– декодер тактова,
– логичке мреже за генерисање функционалних сигнала,
– кола за формирање функционалних сигнала.


У процесу извршавања инструкције инструкција се чува у регистру инструкција (RIN) и ту остаје све док се не комплетира извршавање инструкције. Декодер кода операције на бази садржаја регистра кода операције (RINO), који је саставни део RIN и чува код операције, генерише потребне сигнале за реализацију дате операције.

Генератор синхронизационих импулса генерише потребне синхронизационе импулсе за временско усклађивање рада јединица рачунарског система и после истека сваког такта у процесу извршавања инструкције повећава садржај бројача тактова за јединицу. После завршетка извршења инструкције бројач тактова се доводи у почетно стање.

Декодер тактова генерише у потребном редоследу сигнале неопходне за извршавање инструкције.

Логичке мреже за генерисање функционалних сигнала у сагласности са инструкцијом која се извршава и у сагласности са тактом извршавања инструкције генерише потребне функционалне сигнале.

На бази ових сигнала и на бази садржаја регистара стања (на пример стања регистра за прекорачење опсега и сл.) иницирају се кола за формирање функционалних сигнала да би се формирали потребни сигнали да се у датом такту изврши одоговарајућа микрооперација.

хардверски реализована управљачка јединица

хардверски реализована управљачка јединица

Микропрограмска реализација управљачке јединице

Други приступ, који се данас скоро искључиво примењује, базиран је на принципима микропрограмирања. Код сваке реализације управљачке јединице управљачки сигнали се генеришу из регистара у којима су смештене управљачке информације. Ове информације се у управљачке јединице пребацују из сталне меморије у процесу интерпретације дате инструкције.

Микропрограмски принцип управљања састоји се у томе да се свакој микрооперацији придружи одговарајућа управљачка реч названа микроинструкција, која се чува у управљачкој меморији на сличан начин као што се у оперативној меморији чува инструкција. На тај начин свакој инструкцији програма одговара скуп микроинструкција (микропрограм) који дефинише потребну серију функционалних сигнала неопходних за извршавање дате инструкције.

Мада је идеја микропрограмирања била позната још 1951. године до широке примене није дошло све до краја шездесетих година. Основни разлог се налазио у томе, што је тек шездесетих оодина дошло до развоја довољно поузданих и довољно брзих меморија. Типична структурна шема микропрограмске управљачке јединиче дата је на слици.

микропрограмски реализована управљачка јединица

микропрограмски реализована управљачка јединица

У састав управљачке јединице улазе:

– микропрограмска (управљачка) меморија (ROM),
– адресни регистар микропрограмске меморије,
– регистар микроинструкција,
– мреже за генерисање синхроних импулса,
– кола за формирање функционалних сигнала.


У сваком такту генерисаном од стране мреже синхроних импулса из микропрограмске меморије захвата се микроинструкција чија је адреса у регистру микропрограмске меморије и пребацује у регистар микроинструкција. Микроинструкцију декодира декодер микроинструкција формирајући у колима за формирање функционалних сигнала неопходне функционалне сигнале за извршавање дате микрооперације. У адресном регистру микропрограмске меморије формира се адреса наредне потребне микроинструкције и на тај начин се извршава микропрограм на сличан начин као што се извршава и програм смештен у оперативној меморији. Иницирање микропрограма врши се формирањем почетне адресе микропрограма у адресном регистру микропрограмске меморије а на основу кода аперације садржаном у операционом делу (RINO) регистра инструкција (RIN). На тај начин за сваку операцију коју треба да изврши процесор иницира се различити микропрограм, који одговара датој инструкцији.

Важно је запамтити да се у оба случаја задатак управљачке јединице своди на генерисање одговарајућих управљачких сигнала који се у одређеном ритму постављају на линије управљачке магистрале како би се активирале одговарајуће хардверске компоненте.

Advertisements

Оставите одговор

Попуните детаље испод или притисните на иконицу да бисте се пријавили:

WordPress.com лого

Коментаришет користећи свој WordPress.com налог. Одјавите се / Промени )

Слика на Твитеру

Коментаришет користећи свој Twitter налог. Одјавите се / Промени )

Фејсбукова фотографија

Коментаришет користећи свој Facebook налог. Одјавите се / Промени )

Google+ photo

Коментаришет користећи свој Google+ налог. Одјавите се / Промени )

Повезивање са %s