ĐƠN VỊ ĐIỀU KHIỂN (TÍNH TOÁN): CÁC THÀNH PHẦN, CHỨC NĂNG - CÔNG NGHỆ - 2026

Khối điều khiển là một mạch kỹ thuật số điều khiển các hoạt động và xử lý tất cả các tín hiệu điều khiển trong bộ xử lý của máy tính. Nó cho phép đơn vị logic, bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi đầu vào và đầu ra biết cách sao chép các lệnh nhận được từ một chương trình. Do đó, nó định tuyến tất cả các luồng đầu vào và đầu ra, tra cứu mã cho các hoạt động của chương trình và chỉ đạo các đơn vị khác bằng cách gửi tín hiệu điều khiển và định thời.

Một đơn vị điều khiển hoạt động bằng cách thừa nhận dữ liệu đầu vào, dữ liệu này biến đổi thành tín hiệu điều khiển và sau đó được truyền đến bộ xử lý trung tâm. Bộ xử lý ra lệnh cho các thiết bị khác nhau những thao tác cần thực hiện.

Nguồn: pixabay.com

Bộ phận này là thành phần của bộ xử lý hoạt động như bộ não của bạn, tạo ra các hướng dẫn cho hầu hết mọi hoạt động và đảm bảo rằng chúng được thực thi chính xác.

Ví dụ về các thiết bị sử dụng đơn vị điều khiển là đơn vị xử lý trung tâm (CPU) và đơn vị xử lý đồ họa (GPU).

Các thành phần

Để thực hiện một hành động, khối điều khiển CPU phải tạo ra tín hiệu điều khiển cần thiết theo trình tự thích hợp. Có hai cách tiếp cận được sử dụng để tạo ra các tín hiệu điều khiển này theo đúng trình tự.

Đơn vị tích hợp

Khối điều khiển được tạo thành từ các cổng logic, flip-flop, mạch kỹ thuật số, bộ mã hóa và bộ giải mã, được nối dây theo một cách thiết lập.

Nó có thể được coi như một bộ máy trạng thái, thay đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác trong mỗi chu kỳ đồng hồ, tùy thuộc vào nội dung của thanh ghi lệnh và các đầu vào bên ngoài.

Đầu ra của bộ máy nhà nước này là các tín hiệu điều khiển. Trình tự các hoạt động được thực hiện bởi máy này được xác định bởi hệ thống dây của các phần tử logic. Vì lý do này, nó được gọi là "tích hợp".

Thiết kế dựa trên một kiến ​​trúc cụ thể. Khi cần thay đổi tập lệnh, cần thực hiện các thay đổi đối với hệ thống dây điện và mạch điện.

Đây là cơ sở cho kiến ​​trúc điện toán tập lệnh rút gọn (RISC), vốn chỉ có một số lượng nhỏ lệnh.

Tín hiệu điều khiển

Các tín hiệu điều khiển rất cần thiết để chỉ đạo thực hiện các hoạt động. Chúng được phổ biến bởi các mạch logic được thiết kế rõ ràng, trong đó phương pháp tạo tín hiệu không thể được sửa đổi nếu không có sự thay đổi vật lý trong cấu trúc mạch.

Các tín hiệu điều khiển để thực hiện một thao tác phải được phát đi không phải tại một thời điểm duy nhất mà trong toàn bộ khoảng thời gian tương ứng với chu kỳ thực hiện lệnh.

Mã opcode của một lệnh bao gồm thông tin cơ bản để phát tín hiệu điều khiển.

Bộ giải mã lệnh

Mã opcode được giải mã trong bộ giải mã lệnh. Điều này được tạo thành từ một tập hợp các bộ giải mã giải mã các trường khác nhau của mã hoạt động của lệnh.

Bộ giải mã lệnh cho phép khối điều khiển đi vào trạng thái đầu tiên liên quan đến việc thực hiện hoạt động mới, trạng thái này kéo dài miễn là các tín hiệu định thời và các tín hiệu đầu vào khác không thay đổi.

Sự thay đổi trong bất kỳ tín hiệu nào ở trên sẽ khiến trạng thái của thiết bị điều khiển thay đổi.

Kết quả là một số dòng đi ra khỏi bộ giải mã lệnh thu được các giá trị trong tín hiệu. Các đường này được ghép nối với thiết bị tạo tín hiệu điều khiển cho các đơn vị khác nhau của máy tính.

Bằng cách lặp lại việc tổ chức các giai đoạn này, thứ tự thích hợp của các trạng thái bên trong được cấu trúc trong đơn vị kiểm soát.

Khi một lệnh mới đến đơn vị điều khiển, các đơn vị nhúng sẽ ở trạng thái ban đầu để truy xuất lệnh mới.

Đơn vị được lập trình vi mô

Sự khác biệt cơ bản của cách tiếp cận này đối với thiết bị tích hợp là sự tồn tại của một kho lưu trữ điều khiển, được sử dụng để lưu trữ các vi chương trình bao gồm các tín hiệu điều khiển được mã hóa cần thiết để thực hiện một hoạt động.

Mã hoạt động của lệnh không được giải mã để tạo ra tín hiệu điều khiển ngay lập tức, nhưng địa chỉ của một vi chương trình được lưu trữ trong kho điều khiển sẽ được chỉ ra.

Nghĩa là, các tín hiệu điều khiển kèm theo hướng dẫn được lưu trữ trong các ô nhớ đặc biệt dưới dạng phần sụn có thể thay thế.

Bộ điều khiển được lập trình vi mô chậm hơn bộ tích hợp do mất thời gian để khôi phục các hoạt động được tìm thấy trong bộ nhớ.

Đặc trưng

Khối điều khiển có trách nhiệm thông báo cho các thiết bị đầu vào và đầu ra, bộ nhớ chính và đơn vị logic-số học của máy tính cách sao chép các hoạt động được cấp cho bộ xử lý.

Đưa các hoạt động của chương trình vào bộ nhớ và đưa chúng vào thanh ghi bộ xử lý. Tùy thuộc vào những gì thanh ghi này bao gồm, khối điều khiển tạo ra một tín hiệu giám sát việc thực hiện các hoạt động này.

Tùy thuộc vào loại hoạt động bạn nhập vào thiết bị điều khiển, bạn có thể thay đổi số lượng và thứ tự của các bước tuần tự được tạo để chọn và cấu hình các bộ phận của CPU sẽ được sử dụng để đạt được mục tiêu của hoạt động, có thể là di chuyển, sửa đổi hoặc lưu trữ dữ liệu.

Quá trình hoạt động giải mã này được thực hiện lại khi bộ đếm được tăng lên đến địa chỉ lưu tiếp theo của chương trình. Từ địa chỉ đó, thao tác mới được đưa vào thiết bị điều khiển, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi kết thúc chương trình.

Hình minh họa

Các chức năng mà khối điều khiển thực hiện sẽ phụ thuộc vào loại CPU, do sự khác biệt hiện có trong cấu trúc giữa các nhãn hiệu khác nhau. Sơ đồ sau minh họa cách xử lý các lệnh trong một chương trình.

Nguồn: Bởi Kapooht - Tác phẩm riêng, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25789639

- Xử lý nhiều tác vụ, chẳng hạn như tìm kiếm và truy xuất hướng dẫn, giải mã, quản lý việc thực thi và lưu trữ kết quả.

- Nó nhận các lệnh hoặc lệnh bên ngoài mà nó chuyển đổi thành một chuỗi các tín hiệu điều khiển.

- Giải thích các hướng dẫn.

- Kiểm soát việc thực hiện tuần tự các lệnh.

- Điều phối chuỗi di chuyển dữ liệu vào, ra và giữa nhiều đơn vị con bộ xử lý.

- Quy định và kiểm soát việc đồng bộ hóa các đơn vị thực thi, chẳng hạn như đơn vị logic số học, và các kho lưu trữ và thanh ghi dữ liệu có trong bộ xử lý.

- Gửi và nhận tín hiệu điều khiển đến các thiết bị tính toán khác.

- Chỉ đạo và điều khiển luồng dữ liệu qua các vùng khác nhau của máy tính.

Người giới thiệu

1. Techopedia (2019). Bộ điều khiển (CU). Lấy từ: trầnpedia.com.
2. Máy tính Hy vọng (2017). Đơn vị điều khiển. Lấy từ: computerhope.com.
3. Geeks cho Geeks (2019). Tổ chức Máy tính: Thiết bị Điều khiển Vi lập trình v / s có dây cứng. Lấy từ: geeksforgeeks.org.
4. Geeks cho Geeks (2019). Giới thiệu Thiết bị Điều khiển và Thiết kế của Nó. Lấy từ: geeksforgeeks.org.
5. Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí (2019). Đơn vị điều khiển. Lấy từ: en.wikipedia.org.