Блок управления — подкомпонент центрального процессора, управляющий работой компьютера. Блок управления извлекает из памяти процессора инструкции, представленные в виде битов, и преобразует их в управляющие сигналы в виде импульсов электричества или света. Эти сигналы являются командами, которые выполняются другими частями компьютера.
Существует два типа блоков управления: проводные и микропрограммные. Проводной блок управления преобразует инструкции, полученные из памяти процессора, в управляющие сигналы с помощью логических схем. Инструкция из основной памяти компьютера поступает в регистр инструкций, в котором указывается ее код операции («опкод»); опкод записывается на языке ассемблера. Опкод передается декодеру инструкций, который использует опкод для интерпретации того, какие управляющие сигналы нужно генерировать. Затем логическая схема создает эти сигналы, учитывая все внешние входные данные и условные коды. Весь процесс синхронизируется системными часами, которые генерируют регулярные импульсы, непрерывно переключающиеся между низким («0») и высоким («1») уровнем.
Такие блоки управления являются «жестко связанными», поскольку их логические схемы представляют собой аппаратно-физические конструкции логических затворов и микросхем. К недостаткам проводных блоков управления можно отнести их сравнительную дороговизну, сложность использования для сложных операций и невозможность модификации без физических изменений. Кроме того, каждая схема может обрабатывать только одну форму инструкции. Однако устройства с жесткой связью работают быстрее, так как для каждого типа команд существует своя схема.
В то время как для вычисления двоичных управляющих сигналов в устройствах с жесткой связью используются схемы, микропрограммируемые устройства хранят значения управляющих сигналов в памяти. Эта память называется памятью управления или магазином управления. Значения в памяти группируются в блоки, называемые «управляющими словами», или микроинструкциями. После декодирования опкода дешифратором инструкций (как в жестком блоке управления) результаты поступают в регистр адреса управления, который находит адрес соответствующей микроинструкции в памяти управления для выполнения (процесс, известный как «сопоставление»). Эта микроинструкция поступает в компонент, известный как регистр данных управления, который экспортирует управляющие сигналы и сообщает регистру адреса управления, какой адрес искать следующим.
Заменить память гораздо проще, чем аппаратное обеспечение, поэтому микропрограммируемые блоки управления легче модернизировать, чем жестко подключенные. Более того, магазины управления могут заменять различные жесткие схемы, что делает микропрограммируемые блоки управления гораздо дешевле. Однако микропрограммируемые блоки управления требуют дополнительных операций, что делает их более медленными по сравнению с жесткими блоками управления.
С момента разработки блоков управления в них были внедрены инновации, направленные на повышение эффективности. Например, когда-то блокам управления требовалось завершить преобразование одной инструкции в соответствующие управляющие сигналы, прежде чем они могли получить другую инструкцию, чтобы начать процесс заново. Однако с помощью конвейера они могут выполнять несколько циклов вычислений одновременно, что значительно повышает их скорость. В конвейерном блоке управления разные инструкции одновременно проходят через процесс, но в разных точках. Пока одна инструкция считывается, вторая декодируется, и так далее. При работе с максимальной эффективностью блок управления с конвейерной обработкой проходит каждый этап и завершает примерно одну инструкцию за такт.
Еще одно усовершенствование блоков управления заключается в том, что большинство из них теперь имеют возможность внепорядкового выполнения. Современные блоки управления имеют подкомпоненты, называемые планировщиками процессора, которые переупорядочивают инструкции для достижения максимальной эффективности. Например, инструкция, требующая данных из основной памяти компьютера, может быть ускорена планировщиком процессора, чтобы процесс запроса к основной памяти начался раньше.
