Unidade de controle (computação): componentes, funções - Ciência - 2023

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o unidade de controle é um circuito digital que governa as operações e lida com todos os sinais de controle dentro do processador de um computador. Ele permite que a unidade lógica, a memória e os periféricos de entrada e saída saibam como replicar os comandos recebidos de um programa. Portanto, ele roteia todo o fluxo de entrada e saída, procura códigos para operações de programa e direciona outras unidades enviando sinais de controle e temporização.

Uma unidade de controle funciona admitindo dados de entrada, que ela transforma em sinais de controle e que são subsequentemente transmitidos ao processador central. O processador ordena aos diferentes dispositivos quais operações devem ser realizadas.

Esta unidade é o componente do processador que atua como seu cérebro, gerando as instruções para quase todas as operações e garantindo que sejam executadas corretamente.

Exemplos de dispositivos que usam unidades de controle são a unidade de processamento central (CPU) e a unidade de processamento gráfico (GPU).

Componentes

Para executar uma ação, a unidade de controle da CPU deve produzir o sinal de controle necessário na seqüência adequada. Existem duas abordagens que são usadas para gerar esses sinais de controle na sequência correta.

Unidade integrada

A unidade de controle é composta por portas lógicas, flip-flops, circuitos digitais, codificadores e decodificadores, que são conectados de forma estabelecida.

Pode ser pensado como um aparato de estado, variando de estado para estado em cada ciclo de clock, dependendo do conteúdo do registrador de instrução e das entradas externas.

A saída desse aparelho de estado são os sinais de controle. A seqüência de operações realizadas por esta máquina é determinada pela fiação dos elementos lógicos. Por isso é denominado "integrado".

O design é baseado em uma arquitetura específica. Quando mudanças no conjunto de instruções são necessárias, mudanças devem ser feitas na fiação e no circuito.

Esta é a base para a arquitetura de computação reduzida do conjunto de instruções (RISC), que possui apenas um pequeno número de instruções.

Sinais de controle

Os sinais de controle são essenciais para direcionar a execução das operações. Eles são disseminados por circuitos lógicos expressamente projetados, nos quais o método de geração de sinal não pode ser modificado sem uma mudança física na estrutura do circuito.

Os sinais de controle para realizar uma operação devem ser transmitidos não em um único ponto no tempo, mas durante todo o período de tempo correspondente ao ciclo de execução da instrução.

O opcode de uma instrução inclui as informações básicas para transmitir o sinal de controle.

Decodificador de instrução

O opcode é decodificado no decodificador de instrução. Este é formado por um conjunto de decodificadores que decodificam os diferentes campos do código de operação da instrução.

O decodificador de instruções permite que a unidade de controle entre no primeiro estado associado à execução da nova operação, que dura enquanto os sinais de temporização e outros sinais de entrada permanecerem inalterados.

Uma mudança em qualquer um dos sinais acima faz com que o estado da unidade de controle mude.

Como resultado, algumas linhas que saem do decodificador de instrução adquirem valores no sinal. Essas linhas são acopladas ao dispositivo gerador de sinal de controle para as diferentes unidades do computador.

Ao repetir a organização dessas fases, a ordenação apropriada dos estados internos é estruturada na unidade de controle.

Quando uma nova instrução chega à unidade de controle, as unidades embutidas estão no estado inicial para recuperar a nova instrução.

Unidade microprogramada

A diferença essencial desta abordagem em relação à unidade integrada é a existência de um armazém de controle, que serve para armazenar os microprogramas que incluem os sinais de controle codificados essenciais para a execução de uma operação.

O código de operação da instrução não deve ser decodificado para criar imediatamente um sinal de controle, mas o endereço de um microprograma que está armazenado no armazenamento de controle será indicado.

Ou seja, os sinais de controle anexados às instruções são armazenados em células de memória especiais como firmware substituível.

A unidade de controle microprogramada é mais lenta do que a unidade embutida devido ao tempo que leva para restaurar as operações encontradas na unidade de memória.

Características

É responsabilidade da unidade de controle informar aos dispositivos de entrada e saída, à memória principal e à unidade lógico-aritmética do computador como replicar as operações que são emitidas para o processador.

Coloca as operações do programa na memória e as leva ao registro do processador. Dependendo do que este registro inclui, a unidade de controle cria um sinal que monitora o desempenho dessas operações.

Dependendo do tipo de operação que você entra na unidade de controle, você pode alterar o número e a ordem das etapas sequenciais geradas para selecionar e configurar as partes da CPU que serão utilizadas para atingir o objetivo da operação, seja mover, modificar ou armazenar dados.

Este processo de decodificação de operações é executado novamente quando o contador é incrementado para o próximo endereço salvo do programa. A partir desse endereço, a nova operação é inserida na unidade de controle e assim por diante até o final do programa.

Ilustração

As funções desempenhadas por uma unidade de comando estarão sujeitas ao tipo de CPU, devido às disparidades existentes na estrutura entre as diferentes marcas. O diagrama a seguir ilustra como as instruções em um programa são processadas.

- Lida com múltiplas tarefas, como a busca e recuperação de instruções, decodificação, gerenciamento da execução e armazenamento dos resultados.

- Recebe as instruções ou comandos externos que converte em uma seqüência de sinais de controle.

- Interprete as instruções.

- Controla a execução sequencial de instruções.

- Coordena a sequência de movimentos de dados de entrada, saída e entre as várias subunidades do processador.

- Regula e controla a sincronização das unidades de execução, como a unidade lógica aritmética e os armazenamentos de dados e registros contidos no processador.

- Envia e recebe sinais de controle para outros dispositivos de computação.

- Direciona e controla o fluxo de dados pelas diferentes áreas do computador.

Referências

Techopedia (2019). Unidade de controle (CU). Retirado de: roofpedia.com.
Computer Hope (2017). Unidade de controle. Retirado de: computerhope.com.
Geeks for Geeks (2019). Organização do computador: Unidade de controle microprogramada com fio v / s. Retirado de: geeksforgeeks.org.
Geeks for Geeks (2019). Introdução da Unidade de Controle e seu Projeto. Retirado de: geeksforgeeks.org.
Wikipedia, a enciclopédia livre (2019). Unidade de controle. Retirado de: en.wikipedia.org.