Кіріспе

Басқару қоймасы – CPU-ның басқару блогының CPU-ның микропрограммасын сақтайтын бөлігі. Ол әдетте микросекуенсер арқылы қол жеткізіледі. Мазмұны өзгертілмейтін басқару қоймасы тек оқуға арналған жад (ROM) немесе тек оқуға арналған сақтағыш (ROS) деп аталады; ал мазмұны өзгертілетін басқару қоймасы жазуға болатын басқару қоймасы (WCS) деп аталады.

Ерте пайдаланған

Алғашқы басқару қоймалары диодтық массив ретінде іске асырылды, оған адрестік декодерлер арқылы қол жеткізілді, бұл тек оқуға арналған жадтың бір түрі. Бұл дәстүр 1947 жылы алғаш рет сипатталған MIT Whirlwind бағдарламалық уақыт матрицасына дейін жетеді. Қазіргі заманғы VLSI процессорлары процессорды басқаруға және микрокодталған іске асырудағы оның ішкі тізбегін басқаруға арналған ROM және/немесе PLA құрылымдарын құру үшін өрістік эффектті транзисторлардың матрицаларын пайдаланады. IBM System/360 әртүрлі техникаларды қолданды: 30-шы модельде CCROS (Карталық конденсаторлық тек оқуға арналған жад), 40-шы модельде TROS (Трансформаторлық тек оқуға арналған жад) және 50-ші, 65-ші және 67-ші модельдерде BCROS (Теңдестірілген конденсаторлық тек оқуға арналған жад).

Жазуға жарамды қоймалар

Кейбір компьютерлер "жазуға болатын микрокодты" пайдалана отырып жасалады. Микрокодты ROM-да немесе қатты сымдалған логикада сақтаудың орнына, микрокод жазуға болатын басқару қоймасы немесе WCS деп аталатын RAM-да сақталады. Мұндай компьютерді кейде жазуға болатын нұсқаулар жиынтығы компьютері немесе WISC деп атайды. Бұл машиналардың көпшілігі WISC CPU/16 және RTX 32P сияқты тәжірибелік зертханалық прототиптер болды. Алғашқы System/360 модельдері тек оқуға арналған басқару қоймасын қолданды, бірақ кейінірек System/360, System/370 және оның ілеспе модельдері өздерінің микропрограммаларының бір бөлігін немесе барлығын дискеталардан немесе басқа DASD құрылғыларынан жазуға болатын басқару қоймасына жүктеді. System/370 архитектурасы бастапқы микропрограмманы жүктеу (IML немесе IMPL) мүмкіндігін қамтиды, оны консольден, қосылған қуат күйінде (POR) немесе тығыз байланысты мультипроцессорлық кешендегі басқа процессордан шақыруға болады. Бұл IBM-ге микропрограммадағы ақауларды өрісте оңай жөндеуге мүмкіндік берді. Тіпті басқару қоймасының көп бөлігі ROM-да сақталған жағдайда да, компьютер өндірушілері көбінесе жазуға болатын басқару қоймасын опция ретінде сататын, бұл клиенттерге машинаның микропрограммасын өзгертуге мүмкіндік беретін. Басқа өндірушілер, мысалы, IBM, WCS-ті эмулятор мүмкіндіктерін және аппараттық диагностиканы жүргізу үшін микрокодты пайдаланады. Жазуға болатын микрокодты қолданатын басқа коммерциялық машиналарға Burroughs Small Systems (1970 және 1980 жылдар), олардың Lisp машиналарындағы Xerox процессорлары және Xerox Star жұмыс станциялары, DEC VAX 8800 ("Nautilus") отбасы және Symbolics L және G машиналары (1980 жылдар) кіреді. Кейбір DEC PDP 10 машиналары өздерінің микрокодын SRAM чиптерінде (шамамен 80 бит ені x 2 Kwords) сақтайды, олар әдетте басқа алдыңғы процессор арқылы қосылған кезде жүктеледі. Көптеген машиналар пайдаланушыға бағдарламаланатын жазуға болатын басқару қоймаларын ұсынады (соның ішінде HP 2100, DEC PDP 11/60 және Varian Data Machines V 70 сериялы шағын компьютерлер). Mentec M11 және Mentec M1 өзінің микрокодын SRAM чиптерінде сақтайды, олар басқа процессор арқылы қосылған кезде жүктеледі. Data General Eclipse MV/8000 ("Eagle") басқа процессор арқылы қосылған кезде жүктелетін SRAM жазуға болатын басқару қоймасына ие. WCS бірнеше артықшылықтар ұсынады, соның ішінде микропрограмманы оңай түзету және, белгілі бір аппараттық буын үшін, ROM-нан гөрі жылдам қол жеткізу. Пайдаланушы бағдарламалайтын WCS пайдаланушыға машинаны нақты мақсаттар үшін оңтайландыруға мүмкіндік береді. Алайда, бұл бағдарламаларды түзетуді қиындатады және қасақана қолданушыларға жүйе мен деректерге теріс әсер ету мүмкіндігін береді. Кейбір CPU дизайндары нұсқаулар жиынтығын CPU-ның ішінде жазылатын RAM немесе FLASH жадына (мысалы, Rekursiv процессоры және Imsys Cjip) немесе FPGA (қайта конфигурацияланатын есептеу) құрылғысына аударады. x86 архитектуралы Intel процессорларының бірнешеуінде 1995 жылы Pentium Pro-дан бастап жазуға болатын микрокод бар. Бұл Intel Core 2 микрокодындағы және Intel Xeon микрокодындағы қателерді бағдарламалық құралдар арқылы түзетуге мүмкіндік берді, осы үшін бүкіл чипті ауыстыру қажет болмады. Мұндай түзетулерді Linux, FreeBSD, Microsoft Windows немесе аналық платаның BIOS-ы орната алады.

Уақыт, тұйықтау және жарысқа қарсы тұру

Басқару қоймасында әдетте шығыстарында тіркелгіш болады. Келесі адресті анықтау үшін секвенсорға қайта жіберілетін шығыстар, жарыс жағдайын болдырмау үшін, міндетті түрде бір тіркелгіш арқылы өтуі керек. Көптеген конструкцияларда, қалған барлық биттер де тіркелгіш арқылы өтеді. Өйткені, келесі микроинструкцияның орындалуы бір циклға кешіктірілсе, машина тиімдірек жұмыс істейді. Бұл тіркелгіш – құбыржол тіркелгіші деп аталады. Көбінесе, келесі микроинструкцияның орындалуы, ағымдағы микроинструкцияның нәтижесіне тәуелді болады, ал ол нәтиже ағымдағы микроцикл аяқталғанға дейін тұрақты бола қоймайды. Қалай болғанда да, бақылау қоймасының барлық шығыстары бір үлкен тіркелгішке түседі. Тарихи тұрғысынан алғанда, бұрын бір чипте осы тіркелгіш биттері бар EPROM-дарды сатып алуға болыпты. Жүйенің циклдық уақытын анықтайтын сағат сигналы, негізінен осы тіркелгішке синхронды импульс береді.