Quelles sont les fonctions de base d'un contrôleur dans un micro-ordinateur ?

Dans un micro-ordinateur, la fonction de base du contrôleur est de « contrôler les différents composants de la machine pour qu'ils fonctionnent de manière coordonnée ». Le contrôleur est un composant qui permet aux différents composants de l'ordinateur de fonctionner en coordination selon les exigences fonctionnelles des instructions. Il constitue le centre nerveux et le centre de commande de l'ordinateur et peut coordonner et diriger les opérations de l'ensemble du système informatique.

L'environnement d'exploitation de ce tutoriel : système Windows 7, ordinateur Dell G3.

Dans un micro-ordinateur, la fonction de base du contrôleur est de « contrôler les différents composants de la machine pour qu'ils fonctionnent de manière coordonnée ».

Le contrôleur (contrôleur) fait référence à un appareil maître qui modifie le câblage du circuit principal ou du circuit de commande dans une séquence prédéterminée et modifie la valeur de la résistance dans le circuit pour contrôler le démarrage, la régulation de la vitesse, le freinage et l'inversion du moteur. Composé d'un compteur de programme, d'un registre d'instructions, d'un décodeur d'instructions, d'un générateur de synchronisation et d'un contrôleur d'opérations, c'est le « mécanisme de prise de décision » qui émet des commandes, c'est-à-dire qu'il complète la coordination et le commandement du fonctionnement de l'ensemble du système informatique.

Le contrôleur est un composant qui ordonne aux différents composants de l'ordinateur de fonctionner en coordination selon les exigences fonctionnelles des instructions. Il est le centre nerveux et le centre de commande de l'ordinateur. Il est constitué du registre d'instructions IR (InstructionRegister). , le compteur de programme PC (ProgramCounter) et le contrôleur d'opération OC (OperationController ) se composent de trois composants extrêmement importants pour coordonner le fonctionnement ordonné de l'ensemble de l'ordinateur.

Registre d'instructions : Un registre utilisé pour sauvegarder les instructions en cours d'exécution ou à venir. L'instruction contient un opcode qui détermine le type d'opération et une adresse qui indique la source ou la destination de l'opérande. La longueur des instructions varie d'un ordinateur à l'autre, tout comme la longueur du registre d'instructions. Toutes les opérations informatiques sont effectuées en analysant les instructions stockées dans le registre d'instructions. L'extrémité d'entrée du registre d'instructions reçoit les instructions de la mémoire et l'extrémité de sortie du registre d'instructions est divisée en deux parties. La partie opcode est envoyée au circuit de décodage pour analyse afin d'indiquer le type d'opération que cette instruction doit effectuer ; la partie adresse est envoyée à l'additionneur d'adresses pour générer une adresse effective, puis envoyée à la mémoire en tant qu'adresse pour récupérer ou stocker des nombres. .

La mémoire peut faire référence à la mémoire principale, au cache ou à la pile de registres, etc., qui est utilisée pour sauvegarder une instruction en cours d'exécution. Lorsqu'une instruction est exécutée, elle est d'abord extraite de la mémoire dans le registre de données (DR), puis transférée vers l'IR. Les instructions sont divisées en champs d'opcode et de code d'adresse, constitués de chiffres binaires. Afin d'exécuter une instruction donnée, l'opcode doit être testé pour identifier l'opération requise. C'est ce que fait le décodeur d'instructions. La sortie du champ opcode dans le registre d’instructions est l’entrée du décodeur d’instructions. Une fois le code d'opération décodé, il peut envoyer des signaux spécifiques pour des opérations spécifiques au contrôleur d'opération.

Compteur de programme : Un compteur qui indique l'adresse de la prochaine instruction à exécuter dans le programme, également appelé compteur d'instructions. Il fonctionne à la fois comme registre d’adresses d’instructions et comme compteur. Lorsqu'une instruction est exécutée, le compteur de programme sert de registre d'adresse d'instruction et son contenu doit avoir été modifié par l'adresse de l'instruction suivante, afin que le programme puisse continuer à s'exécuter.

Les deux méthodes suivantes peuvent être adoptées à cet effet :

La première méthode consiste à inclure l'adresse de l'instruction suivante dans l'instruction. Pendant l'exécution de l'instruction, l'envoi de cette adresse au registre d'adresses d'instruction peut atteindre l'objectif d'exécution continue du programme. Cette méthode convenait aux premiers ordinateurs qui utilisaient des périphériques série tels que des tambours et des lignes à retard comme mémoire principale. Déterminer correctement l'adresse de l'instruction suivante en fonction du temps d'exécution de cette instruction peut réduire le temps d'attente pour lire l'instruction suivante, améliorant ainsi la vitesse d'exécution du programme.

La deuxième méthode consiste à exécuter les instructions de manière séquentielle. Un programme est constitué de plusieurs segments de programme. Les instructions de chaque segment de programme peuvent être conçues pour être stockées dans la mémoire de manière séquentielle. Par conséquent, tant que le registre d'adresses d'instruction a également une fonction de comptage, il sera compté lors de l'exécution de l'instruction. et un incrément sera automatiquement ajouté, l'adresse de l'instruction suivante peut être formée, atteignant ainsi l'objectif d'exécution séquentielle des instructions. Cette méthode convient aux ordinateurs dotés d’une mémoire vive comme mémoire principale. Lorsque le programme doit passer d'un segment de programme à un autre, des instructions de transfert peuvent être utilisées pour y parvenir. L'instruction de transfert contient l'adresse de l'instruction d'entrée du segment de programme vers lequel transférer. Lors de l'exécution de l'instruction de transfert, cette adresse est envoyée au compteur de programme (utilisé uniquement comme registre d'adresse d'instruction à ce moment-là, sans compter) comme adresse de l'instruction suivante, atteignant ainsi l'objectif de transférer le segment de programme. Des méthodes similaires sont utilisées pour l'appel de sous-programmes, la gestion des interruptions et des interruptions, etc. Après la popularité de la mémoire vive, l'effet opérationnel global de la deuxième méthode est bien meilleur que celui de la première méthode. Par conséquent, l'exécution séquentielle des instructions est devenue une méthode couramment utilisée dans les ordinateurs grand public et le compteur de programme est devenu un élément indispensable. le processeur central.

Chaque composant fonctionnel du CPU remplit une certaine fonction spécifique. La mise en œuvre de la transmission d'informations entre les composants et les composants de contrôle des flux de données. Le chemin qui transmet les informations entre de nombreux composants numériques est généralement appelé « chemin de données ». Il faut contrôler où commence l'information, par quel registre ou multiplexeur elle passe et vers quel registre elle est finalement transmise. La tâche d'établissement d'un chemin de données entre les registres est complétée par un composant appelé « contrôleur d'opération ».

La fonction du contrôleur d'opération est de générer divers signaux de contrôle d'opération basés sur le code d'opération d'instruction et les signaux de synchronisation, de manière à établir correctement le chemin des données, complétant ainsi le contrôle de la récupération et de l'exécution des instructions.

Il existe deux contrôleurs avec des structures différentes en raison de méthodes de conception différentes. Les micro-opérations font référence à des opérations qui ne peuvent pas être décomposées. Des signaux de contrôle correspondants (appelés signaux de contrôle de micro-opération ou commandes de micro-opération) sont toujours nécessaires pour effectuer des micro-opérations. Un ordinateur numérique peut essentiellement être divisé en deux parties : le composant de contrôle et le composant d’exécution. Le contrôleur est le composant de contrôle, et l'unité arithmétique, la mémoire et les périphériques sont les composants d'exécution par rapport au contrôleur. Une connexion entre le composant de contrôle et le composant d’exécution se fait via la ligne de contrôle. Le composant de contrôle envoie diverses commandes de contrôle au composant d'exécution via la ligne de contrôle. Habituellement, cette commande de contrôle est appelée micro-commande, et l'opération effectuée par le composant d'exécution après réception de la micro-commande est appelée micro-opération. Une autre connexion entre les composants de contrôle et les composants d’exécution est l’information de retour. Le composant d'exécution reflète l'état de fonctionnement du composant de contrôle via la ligne de rétroaction, de sorte que le composant de contrôle émet de nouvelles micro-commandes en fonction de l'état du composant d'exécution. Ceci est également appelé « test d'état ». Les micro-opérations sont des groupes d'opérations de base dans le composant d'exécution. En raison de la relation structurelle du chemin de données, les micro-opérations peuvent être divisées en deux types : compatibilité et exclusion mutuelle. Dans un cycle CPU de la machine, une combinaison de micro-commandes mettant en œuvre certaines fonctions opérationnelles constitue une micro-instruction. Le format général des micro-instructions se compose de deux parties : le contrôle des opérations et le contrôle de la séquence. La partie contrôle des opérations est utilisée pour envoyer des signaux de commande afin de gérer et de diriger le travail de l'ensemble de la machine. Sa partie contrôle de séquence est utilisée pour déterminer l'adresse pour générer la prochaine micro-instruction. En fait, la fonction d’une instruction machine est mise en œuvre par une séquence de nombreuses micro-instructions. Cette séquence de micro-instructions est souvent appelée microprogramme. Puisque les microprogrammes sont composés de microinstructions, lorsque la microinstruction actuelle est exécutée. L'adresse de la micro-instruction suivante doit être indiquée afin qu'une fois l'exécution de la micro-instruction en cours terminée, la micro-instruction suivante puisse être récupérée et exécutée.

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