Co to jest jednostka sterująca?

Jednostka sterująca jest podskładnikiem jednostki centralnej (CPU), która zarządza wszystkimi działaniami wykonywanymi w tym obszarze na komputerze. Jest odpowiedzialny za pobieranie różnych danych z komputera, instrukcji i danych oraz informowanie procesora, co z nimi zrobić. Ponieważ procesor jest uważany za mózg komputera, jest czasami określany jako mózg w mózgu. W zależności od architektury procesorów jednostka sterująca może wykonywać różne zadania.

Jednostka sterująca składa się w rzeczywistości z kilku podzespołów. Podczas dni przewodowych całe to okablowanie i zespół obwodów tworzyły tak zwaną maszynę o skończonym stanie, system mający szczególny cel w kierowaniu działaniami komputera. Oddzielne obwody były odpowiedzialne za dekodowanie i kodowanie instrukcji, podczas gdy inne zajmowały się logiką lub liczeniem instrukcji, nad którymi pracował procesor. Wszystko wydarzyło się w kolejności, w której układ logiczny zostałby obrócony w taki czy inny sposób, aby skierować instrukcje do magazynu.

Instrukcja jest pobierana i dekodowana, a następnie musi być wykonywana kolejno, jedna po drugiej, aż do zakończenia. W starszych procesorach instrukcja musiałaby przejść przez cały proces i zakończyć obliczenia przed rozpoczęciem następnego. Aby przyspieszyć przetwarzanie, nowoczesne procesory używają tak zwanych potoków, w których każdy krok jest częścią potoku. Podczas gdy jedna instrukcja znajduje się w części wykonawczej potoku, inna jest już w fazie dekodowania, a inna jest pobierana. Aby poradzić sobie z tym wszystkim, jednostka sterująca musiała również pełnić rolę multipleksera, ponieważ pobiera wiele wejść lub wyjść i kieruje je do i z rurociągu.

W miarę postępów procesorów komputerowych wiele z nich zmieniło się dramatycznie. Wykorzystanie mikrokodu, maleńkich programów, które znajdują się w specjalnej, szybkiej pamięci tylko do odczytu w procesorze, zajęło miejsce starego obwodu drukowanego. Te niskopoziomowe programy przejęły czasochłonną fizyczną zmianę jednostki sterującej i uprościły zmiany w architekturze procesora. Mikroprogramy napisane na zamówienie jednostki sterującej, utworzone podczas fazy projektowania procesora, umożliwiają architekturę konkretnego typu procesora.

Zasadniczo wiele obowiązków jednostki sterującej zależy od architektury procesora. Niektórzy mogą po prostu pobierać, dekodować, koordynować wykonanie i kierować wyjściem instrukcji. Inni mogą mieć dodatkowe obowiązki związane z tłumaczeniem, co może spowolnić procesor. W takich przypadkach jednostkę sterującą można dalej podzielić na zwięzłe komponenty, takie jak oddzielna jednostka planowania lub jednostka emerytalna, która zajmuje się organizowaniem i przechowywaniem wyników z jednostki logiki arytmetycznej (ALU).