"Unidad de Control: El Cerebro en la Computadora"

La presentación sobre la unidad de control de una computadora tiene como objetivo explicar su función fundamental en el procesamiento de instrucciones y la coordinación de las operaciones del sistema. Se abordarán sus componentes, su interacción con otras partes de la computadora y su importancia en la arquitectura general del sistema. Además, se explorarán diferentes tipos de unidades de control y su impacto en el rendimiento de la computadora.

1. Unidad de control (UC)

2. La unidad de control o UC es la parte pensante del ordenador , ya que se encarga del gobierno y funcionamiento de los aparatos que la componen. La tarea fundamental de la UC es recibir información para interpretarla y procesarla después mediante las órdenes que envía a los otros componentes del ordenador. Se encarga de traer a la memoria interna o central del ordenador (RAM) las instrucciones necesarias para la ejecución de los programas y el procesamiento de los datos.

3. Si tuviéramos que definir en qué partes se compone un procesador entonces lo más seguro es que en el 99% de las veces haríamos una línea divisoria entre dos partes, por un lado, las unidades de ejecución y todos los elementos necesarios para su funcionamiento y por otro lado la unidad de control. Para entender cómo funciona la unidad de control hemos de entender previamente cómo funciona el ciclo de cada instrucción, dónde primero se capta una instrucción de la memoria y es colocada en el registro de instrucción, el siguiente paso es la descodificación de la instrucción por parte de la unidad de control, la cual tras terminar su trabajo envía la instrucción a la unidad de ejecución que corresponda a esa instrucción.

4. Funciones La unidad de control es una pieza indispensable que realiza la siguiente lista de trabajos de manera continua y transparente: Coordina el movimiento y el orden de los datos que se mueven dentro y fuera del procesador, así entre las diferentes subunidades que forman parte del mismo. Interpreta las instrucciones. Controla las diferentes ALUs y unidades de ejecución del procesador. No solo se encarga de captar y decodificar las instrucciones, sino también de escribir los resultados en los registros, caches o en la dirección correspondiente de la RAM.

5. La unidad de control es por tanto el verdadero cerebro en la sombra dentro de la CPU, el que se encarga de gestionar que todas las piezas de la CPU reciban los datos correctos y ejecuten las instrucciones correctas en cada momento. Se encarga de dos de las tres etapas del ciclo de instrucción de la CPU como es la captación de datos e instrucciones, así como la decodificación de las mismas.

6. Elementos Para realizar todas estas operaciones, la UC dispone de algunos aliados, pequeños espacios de almacenamiento que son su esencia. Estos espacios de almacenamiento se denominan registros. Además de los registros, tiene otros componentes.

7. Registro de instrucción. Es registro de la unidad de control de la CPU en donde se almacena la instrucción que se está ejecutando. En los procesadores simples cada instrucción a ser ejecutada es cargada en el registro de la instrucción que la contiene mientras se es decodificada, preparada y al final ejecutada, un proceso que puede tomar varios pasos. Consta de diferentes campos: CO: Código de la operación que se va a realizar. MD: Modo de direccionamiento de la memoria para acceder a la información que se va a procesar. CDE : Campo de dirección efectiva de la información.

8. Registro contador de programas. Es un registro del procesador que indica la posición donde está el procesador en su secuencia de instrucciones. Dependiendo de los detalles de la máquina en particular, contiene o la dirección de la instrucción que es ejecutada, o la dirección de la próxima instrucción a ser ejecutada. El contador de programa es incrementado automáticamente en cada ciclo de instrucción de tal manera que las instrucciones son leídas en secuencia desde la memoria. Controlador y decodificador. Se encarga de interpretar la instrucción para su posterior proceso. Es el encargado de extraer el código de operación de la instrucción en curso. Secuenciador. Genera las microórdenes necesarias para ejecutar la instrucción. Reloj. Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes.

9. Decodificación de instrucciones Cada procesador tiene un conjunto de registros e instrucciones o ISA que podemos entender como el idioma del procesador, por lo que dependiendo de cada procesador un código binario puede significar una cosa u otra. Pero, en todos ellos la instrucción siempre se divide en dos partes: el opcode y el dato. El opcode es el código de instrucción, a cada instrucción le corresponde siempre el mismo opcode dentro de una ISA.

10. No todas las instrucciones van a pasar por las mismas unidades y los mismos procesos, no todas tienen un pipeline de la misma longitud y por tanto no van a tener todas el mismo trato, porque no es lo mismo realizar una suma que mover un dato.

11. Tipos de unidades de control Principalmente tenemos dos tipos de unidades de control, la cableada y la microprogramada. La unidad de control cableada se implementa utilizando varios componentes electrónicos, como unidades lógicas combinacionales y puertas. El circuito utiliza una arquitectura fija. Si se cambia el conjunto de instrucciones, también se debe cambiar el cableado. Como está cableado, el conjunto de instrucciones es constante y no cambia. Por lo tanto, una unidad de control cableada se usa en procesadores que usan un conjunto de instrucciones simples conocido como las Computadoras de conjuntos de instrucciones reducidas (RISC).

12. Antes de hablar sobre la unidad de control microprogramada, es importante entender algunos términos: Una variable de control se refiere a una variable binaria que especifica micro - operaciones. Una palabra de control es un conjunto de unos y ceros en una variable de control. La memoria de control contiene palabras de control.

13. La unidad de control microprogramada tiene una secuencia de microinstrucciones almacenadas en la memoria de control. Estas microinstrucciones se refieren a una palabra de control que reside en la memoria de control, que contiene señales de control para la ejecución de microoperaciones. Además, una unidad de control microprogramada se utiliza en procesadores basados en un conjunto de instrucciones complejas conocido como computadora de conjunto de instrucciones complejas (CISC). Las unidades microprogramadas suelen estar compuestas por un microcontrolador dentro del procesador. Su principal ventaja es que el fabricante puede optimizar cómo se capta y decodifica cada instrucción o incluso hacer cambios si hay un error de seguridad en la forma de ejecutar ciertas instrucciones. Esto es clave para cuando hay amenazas graves que pueden aprovechar los puntos débiles de la CPU.

14. Diferencia entre la unidad de control cableada y microprogramada Definición Velocidad Modificación Costo Manejo de instrucciones complejas Decodificación de instrucciones Tamaño del conjunto de instrucciones Memoria de control Aplicaciones

15. unidad de control en GPU En realidad tiene dos distintas en su arquitectura, ya que el procesador de comandos es en sí misma una unidad de control, la cual se encarga de coger las listas de pantalla y de computación que escribe la CPU en una parte de la memoria, pero al contrario que con las unidades de control clásicas lo que hacen es asignar las tareas a las diferentes unidades shader y unidades de función fija. Dentro de cada unidad shader existe un planificador, este es el encargado de traducir las instrucciones a la ISA de la GPU para que sus unidades de ejecución las puedan ejecutar. Pero su funcionamiento es distinto a la Unidad de Control de una CPU y esto es debido a que en una GPU no se ejecutan programas de manera normal.

16. En una GPU cada «programa» es una manipulación concreta sobre un píxel o un vértice, por lo que no importa en qué orden se solucionen en cada una de las subetapas del pipeline 3D. Simplemente si un hilo de ejecución no puede ser resuelto en el tiempo estipulado, entonces la unidad de control lo retrasa.