Устройство управления компьютера

Устро́йство управле́ния компью́тера, реализует функцию управления ходом вычислений в компьютере, обеспечивая согласованную работу всех его блоков посредством управляющих сигналов, вырабатываемых в соответствии с исполняемой программой; является неотъемлемой частью центрального процессора (ЦП). В состав устройства управления (состоит из управляющей и адресной частей) входят регистры памяти (для хранения информации, необходимой в ходе выполнения текущей команды), счётчик команд с адресом следующей команды, регистр команд, в котором хранится код выполняемой в данный момент операции, узел прерываний и приоритетов и устройство, которое на основе декодирования команды вырабатывает определённую последовательность управляющих сигналов.

Устройство управления в простейшем случае извлекает из памяти очередную команду исполняемой программы, расшифровывает её, преобразовывает в последовательность элементарных действий и выдаёт импульсы управления его основным блокам – арифметическому устройству (чаще называется арифметико-логическое устройство; АЛУ), устройствам ввода-вывода, устройству управления памятью и др. Например, команда сложения может распадаться на 4 элементарных действия: «направь содержимое регистра А в АЛУ», «направь содержимое регистра Б в АЛУ», «выполни сложение в АЛУ», «направь результат из АЛУ в регистр В». После завершения выдачи всех импульсов управления для исполнения текущей команды устройство управления считывает код следующей команды и процесс повторяется. Работа устройства управления синхронизирована с остальными блоками посредством тактовых импульсов. Элементарные действия, выполняемые в течение одного такта, называются микрооперациями; совокупность одновременно выполняемых микроопераций образует микрокоманду; последовательность микрокоманд, определяющая порядок реализации машинной команды, составляет микропрограмму. В зависимости от способа формирования микрокоманд различают устройство управления с «жёсткой логикой» (аппаратная реализация, в которой выходные сигналы управления реализуются за счёт однажды соединённых схем комбинаторной логики) и программируемой (гибкой) логикой (микропрограммная реализация устройства управления). При микропрограммной реализации устройства управления в его состав вводится запоминающее устройство (ЗУ; наиболее часто используют быстродействующие программируемые логические матрицы), последовательно выдающее заданный набор микрокоманд (микрокод) в ответ на дешифрацию машинной команды. Набор микрокоманд и последовательность их реализации обеспечивают выполнение любой сложной машинной команды. Программирование микрокоманд называется микропрограммированием, а способ управления командами путём последовательного считывания и интерпретации микрокоманд из ЗУ, а также использования кодов микрокоманд для генерации управляющих сигналов называют микропрограммным принципом управления. Идею микропрограмм управления исполнением команд предложил в 1951 г. М. Уилкс.

Микропрограммная реализация устройства управления получила наибольшее распространение в ЦП компьютеров с полным набором команд; для ЦП с сокращённым набором команд используют устройство управления с «жёсткой логикой».