Partie 8 de l'ordinateur
Unité de contrôle
L'unité de contrôle (souvent appelée système de contrôle ou contrôleur central) gère les différents composants de l'ordinateur ; elle lit et interprète (décode) les instructions du programme, les transformant en signaux de commande qui activent d'autres parties de l'ordinateur. Les systèmes de contrôle des ordinateurs avancés peuvent modifier l'ordre d'exécution de certaines instructions pour améliorer les performances.
Un composant clé commun à tous les processeurs est le compteur de programme, une cellule mémoire spéciale (un registre) qui enregistre l'emplacement de la mémoire à partir duquel l'instruction suivante doit être lue.
Le fonctionnement du système de contrôle est le suivant — il s'agit d'une description simplifiée, certaines de ces étapes pouvant être exécutées simultanément ou dans un ordre différent selon le type de processeur :
Lire le code de l'instruction suivante dans la cellule indiquée par le compteur de programme.
Décoder le code numérique de l'instruction en un ensemble de commandes ou de signaux pour chacun des autres systèmes.
Incrémenter le compteur de programme pour qu'il pointe vers l'instruction suivante.
Lire les données requises par l'instruction dans les cellules mémoire (ou éventuellement sur un périphérique d'entrée). L'emplacement de ces données requises est généralement stocké dans le code de l'instruction.
Fournir les données nécessaires à une UAL ou à un registre.
Si l'instruction nécessite une UAL ou un matériel spécialisé, ordonner au matériel d'effectuer l'opération demandée.
Réécrire le résultat de l'UAL dans un emplacement mémoire, un registre ou un périphérique de sortie.
Revenir à l'étape (1).
Le compteur de programme n'étant (conceptuellement) qu'un simple ensemble de cellules mémoire, il peut être modifié par des calculs effectués dans l'UAL. Ajouter 100 au compteur de programme entraînerait la lecture de l'instruction suivante à partir d'un emplacement situé 100 emplacements plus loin dans le programme. Les instructions qui modifient le compteur de programme sont souvent appelées « sauts » et permettent des boucles (instructions répétées par l'ordinateur) et souvent l'exécution conditionnelle d'instructions (deux exemples de flux de contrôle).
La séquence d'opérations exécutée par l'unité de contrôle pour traiter une instruction est en elle-même comparable à un court programme informatique. En effet, dans certaines conceptions de processeurs plus complexes, un autre ordinateur, plus petit, appelé microséquenceur, exécute un microcode qui déclenche tous ces événements.
Unité centrale de traitement (UC)
L'unité de contrôle, l'UAL, et les registres sont collectivement appelés unité centrale de traitement (UC). Les premiers processeurs étaient composés de nombreux composants distincts. Depuis les années 1970, ils sont généralement construits sur une seule puce de circuit intégré MOS appelée microprocesseur.
Unité arithmétique et logique (UAL)
L'UAL est capable d'effectuer deux classes d'opérations : arithmétiques et logiques. L'ensemble des opérations arithmétiques prises en charge par une UAL peut se limiter à l'addition et à la soustraction, ou inclure la multiplication, la division, les fonctions trigonométriques telles que sinus, cosinus, etc., et les racines carrées. Certains ne peuvent fonctionner que sur des nombres entiers, tandis que d'autres utilisent des nombres à virgule flottante pour représenter des nombres réels, avec une précision toutefois limitée. Cependant, tout ordinateur capable d'effectuer les opérations les plus simples peut être programmé pour décomposer les opérations plus complexes en étapes simples. Par conséquent, tout ordinateur peut être programmé pour effectuer n'importe quelle opération arithmétique, bien que cela soit plus long si son UAL ne la prend pas directement en charge. Une UAL peut également comparer des nombres et renvoyer des valeurs booléennes de vérité (vrai ou faux) selon que l'un est égal, supérieur ou inférieur à l'autre (« 64 est-il supérieur à 65 ? »). Les opérations logiques impliquent la logique booléenne : AND, OR, XOR et NOT. Celles-ci peuvent être utiles pour créer des instructions conditionnelles complexes et traiter la logique booléenne.
Les ordinateurs superscalaires peuvent contenir plusieurs UAL, ce qui leur permet de traiter plusieurs instructions simultanément. Les processeurs graphiques et les ordinateurs dotés des fonctionnalités SIMD et MIMD contiennent souvent des UAL capables d'effectuer des opérations arithmétiques sur des vecteurs et des matrices.
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