بخش میکروپروسسورها Microprocessor (ریزپردازنده)
بخش واحد کنترل سخت افزار و واحد کنترل میکرو برنامه ریزی (Control Logic یا دستورات ورودی و خروجی) میکرو پروسِسورها Microprocessor (خیلی مهم)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته:در ساختار داخلی تمام میکروپروسِسورهاMicroprocessor در بخش (Control Logic یا دستورات ورودی و خروجی) دو نوع واحد کنترل (سخت افزار و واحد کنترل میکروبرنامه ریزی) وجود دارد.
واحد کنترل سخت افزار
در واحد کنترل سخت افزار میکروپروسِسورها، سیگنال‌های کنترلی که برای کنترل اجرای دستورالعمل ها مهم هستند، توسط مدارهای منطقی سخت افزاری طراحی شده ای تولید می شوند که در آن ها نمی توان روش تولید سیگنال را بدون تغییر فیزیکی ساختار مدار تغییر داد. کد عملیاتی یک دستورالعمل حاوی داده های اساسی برای تولید سیگنال کنترل است. در رمزگشای دستورالعمل، کد عملیات رمزگشایی می شود. رمزگشای دستورالعمل مجموعه ای از رمزگشاهای بسیاری را تشکیل می دهد که زمینه های مختلف کد دستور را رمزگشایی می کند.در نتیجه، تعداد کمی از خطوط خروجی که از رمزگشای دستورالعمل خارج می شوند، مقادیر سیگنال فعال را به دست می آورند. این خطوط خروجی به ورودی های ماتریس متصل می شوند که سیگنال های کنترلی را برای واحد های اجرایی میکروپروسِسور تولید می کند. این ماتریس ترکیبات منطقی سیگنال های رمزگشایی شده از کد دستوری را با خروجی های ماتریسی که سیگنال هایی را تولید می کند که حالت های واحد کنترل متوالی را نشان می دهند و با سیگنال هایی که از بیرون پردازنده می آیند، به عنوان مثال سیگنال های وقفه، پیاده سازی می کند. ماتریس ها به روشی مشابه آرایه های منطقی قابل برنامه ریزی ساخته می شوند.سیگنال های کنترلی برای اجرای یک دستورالعمل باید نه در یک نقطه زمانی واحد، بلکه در کل بازه زمانی که با چرخه اجرای دستورالعمل مطابقت دارد، تولید شوند. به دنبال ساختار این چرخه، توالی مناسب حالات داخلی در واحد کنترل سازماندهی می شود.تعدادی از سیگنال های تولید شده توسط ماتریس مولد سیگنال کنترلی به ورودی های ماتریس مولد حالت کنترل بعدی ارسال می شوند. این ماتریس این سیگنال ها را با سیگنال های زمان بندی ترکیب می کند که توسط واحد زمان بندی بر اساس الگوهای مستطیلی که معمولاً توسط کریستال کوارتز ارائه می شود، تولید می شوند.
هنگامی که یک دستورالعمل جدید به واحد کنترل سخت افزار میکروپروسِسورها می رسد، واحدهای کنترل در حالت اولیه واکشی دستورالعمل جدید هستند. رمزگشایی دستورالعمل به واحد کنترل اجازه می دهد تا وارد اولین وضعیت مربوط به اجرای دستورالعمل جدید شود، که تا زمانی که سیگنال های زمان بندی و سایر سیگنال های ورودی به عنوان پرچم ها و اطلاعات وضعیت رایانه بدون تغییر باقی می مانند، ادامه می یابد. تغییر هر یک از سیگنال های ذکر شده قبلی، تغییر حالت واحد کنترل را تحریک می کند.
واحد کنترل میکرو برنامه ریزی
تفاوت اساسی بین ساختار های این واحد و واحد کنترل سخت افزار میکروپروسِسورها، وجود انبار کنترلی است که برای ذخیره کلمات حاوی سیگنال های کنترلی کد گذاری شده برای اجرای دستورات اجباری استفاده می شود.در واحد های کنترل ریز برنامه ریزی شده، کلمات دستورالعمل بعدی به صورت معمولی در ثبت دستورالعمل واکشی می شوند. با این حال، کد عملیاتی هر دستورالعمل به طور مستقیم رمزگشایی نمی شود تا امکان تولید سیگنال کنترل فوری را فراهم کند، بلکه شامل آدرس اولیه یک ریزبرنامه موجود در ذخیره‌سازی کنترل است.در واحد کنترل میکرو برنامه ریزی میکروپروسِسورها، کد عملیاتی از ثبات دستورالعمل به ثبت آدرس فروشگاه کنترل ارسال می شود. بر اساس این آدرس، اولین ریزدستورالعمل یک ریزبرنامه که اجرای این دستورالعمل را تفسیر می کند، در رجیستر ریز دستورالعمل خوانده می شود. این ریزدستورالعمل در قسمت عملیاتی خود حاوی سیگنال های کنترلی رمزگذاری شده است که معمولاً به تعداد چند فیلد بیتی است. در یک مجموعه رمزگشاهای میدان ریز دستورالعمل، فیلدها رمزگشایی می شوند. ریز دستورالعمل همچنین حاوی آدرس ریزدستورالعمل بعدی ریزبرنامه دستورالعمل داده شده و یک فیلد کنترلی است که برای کنترل فعالیت های مولد آدرس ریز دستورالعمل استفاده می شود.در نهایت قسمت واحد های کنترل ریز برنامه ریزی تصمیم می گیرد که حالت آدرس دهی (عملیات آدرس دهی) به آدرس تعبیه شده در دستورالعمل میکرو در حال انجام اعمال شود. در دستورالعمل‌های کوچک همراه با حالت آدرس دهی شرطی، این آدرس با استفاده از پرچم های شرط پردازنده که وضعیت محاسبات را در برنامه فعلی نشان می دهند، اصلاح می شود. آخرین ریزدستورالعمل در دستورالعمل ریزبرنامه داده شده، ریز دستورالعملی است که دستور بعدی را از حافظه اصلی به ثبت دستورالعمل واکشی می کند. در یک واحد کنترل ریز برنامه ریزی با یک دستور العمل کنترل دو سطحی، علاوه بر حافظه کنترلی برای ریز دستورالعمل ها، یک حافظه دستورالعمل نانو گنجانده شده است. در چنین واحد کنترلی، ریزدستورالعمل ها حاوی سیگنال های کنترلی کد گذاری شده نیستند. بخش عملیاتی ریزدستورالعمل ها حاوی آدرس کلمه در حافظه دستورالعمل نانو است که حاوی سیگنال های کنترلی کد گذاری شده است. حافظه دستورات نانو حاوی تمام ترکیبی از سیگنال های کنترلی است که در ریز برنامه هایی ظاهر می شوند که مجموعه دستورالعمل های کامل یک میکروپروسِسور معین را تفسیر می کنند و یک بار به شکل دستورالعمل های نانو نوشته شده اند.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک