متجر التحكم

كانت وحدات التحكم المبكرة تُنفذ على شكل مصفوفة ثنائية يتم الوصول إليها عبر وحدات فك تشفير العناوين، وهو نوع من ذاكرة القراءة فقط. يعود هذا التقليد إلى مصفوفة توقيت البرنامج في معالج MIT Whirlwind ، الذي وُصف لأول مرة عام 1947. أما معالجات VLSI الحديثة، فتستخدم مصفوفات من ترانزستورات تأثير المجال لبناء هياكل ROM و/أو PLA المستخدمة للتحكم في المعالج، بالإضافة إلى وحدة التسلسل الداخلية الخاصة به، وذلك في تطبيق مُبرمج بدقة عالية . استخدم نظام IBM System/360 مجموعة متنوعة من التقنيات: CCROS (ذاكرة القراءة فقط ذات المكثفات) في الطراز 30 ، وTROS (ذاكرة القراءة فقط ذات المحولات) في الطراز 40 ، و BCROS (ذاكرة القراءة فقط ذات المكثفات المتوازنة) في الطرازات 50 و 65 و 67 .

تُصنع بعض الحواسيب باستخدام "البرمجة الدقيقة القابلة للكتابة"؛ فبدلاً من تخزينها في ذاكرة القراءة فقط (ROM) أو في منطق مُدمج، تُخزن في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) تُسمى مخزن التحكم القابل للكتابة ( WCS) . ويُطلق على هذا النوع من الحواسيب أحيانًا اسم حاسوب مجموعة التعليمات القابلة للكتابة ( WISC ) . ^{[ 1 ]} وكانت العديد من هذه الأجهزة نماذج أولية تجريبية في المختبرات، مثل WISC CPU/16 ^{[ 2 ]} و RTX 32P. ^{[ 3 ]}

تحتوي طرازات System/360 الأصلية على مخزن تحكم للقراءة فقط، ولكن طرازات System/360 و System/370 اللاحقة والطرازات التي تلتها تقوم بتحميل جزء من برامجها المصغرة أو كلها من أقراص مرنة أو وحدات تخزين مباشرة أخرى إلى مخزن تحكم قابل للكتابة يتكون من ذاكرة قراءة وكتابة عشوائية فائقة السرعة . تتضمن بنية System/370 خاصية تُسمى التحميل الأولي للبرامج المصغرة ( IML أو IMPL ) ^{[ 4 ]} ، والتي يمكن استدعاؤها من وحدة التحكم، كجزء من إعادة التشغيل عند بدء التشغيل ( POR )، أو من معالج آخر في نظام متعدد المعالجات متكامل . وقد مكّن هذا شركة IBM من إصلاح عيوب البرمجة المصغرة بسهولة في الميدان. حتى عندما يتم تخزين غالبية مخزن التحكم في ذاكرة القراءة فقط (ROM)، غالبًا ما يبيع موردو أجهزة الكمبيوتر مخزن التحكم القابل للكتابة كخيار إضافي، مما يسمح للعملاء بتخصيص البرنامج المصغر للجهاز. يستخدم موردون آخرون، مثل IBM، مخزن التحكم القابل للكتابة (WCS) لتشغيل التعليمات البرمجية المصغرة لميزات المحاكاة ^{[ 5 ] [ 6 ]} وتشخيص الأجهزة ^{[ 7 ] .}

تشمل الأجهزة التجارية الأخرى التي تستخدم الشفرة الدقيقة القابلة للكتابة أنظمة Burroughs الصغيرة (في سبعينيات وثمانينيات القرن العشرين)، ومعالجات Xerox في أجهزة Lisp ومحطات عمل Xerox Star ، وعائلة DEC VAX 8800 ("Nautilus")، وأجهزة Symbolics L وG (في ثمانينيات القرن العشرين). تخزن بعض أجهزة DEC PDP-10 شفرتها الدقيقة في رقائق SRAM (بعرض 80 بت تقريبًا × 2 كيلو كلمة)، والتي يتم تحميلها عادةً عند التشغيل من خلال وحدة معالجة مركزية أخرى. ^{[ 8 ]} توفر العديد من الأجهزة الأخرى خيار تخزين بيانات تحكم قابلة للكتابة وقابلة للبرمجة من قِبل المستخدم (بما في ذلك أجهزة HP 2100 وDEC PDP-11/60 وأجهزة Varian Data Machines V-70 المصغرة ) . يخزن جهازا Mentec M11 و Mentec M1 شفرتهما الدقيقة في رقائق SRAM، ويتم تحميلها عند التشغيل من خلال وحدة معالجة مركزية أخرى. يحتوي جهاز Data General Eclipse MV/8000 ("Eagle") على مخزن تحكم قابل للكتابة في ذاكرة SRAM، يتم تحميله عند التشغيل من خلال وحدة معالجة مركزية أخرى. ^{[ 9 ]}

توفر WCS العديد من المزايا، بما في ذلك سهولة تعديل البرامج المصغرة، وفي بعض أجيال الأجهزة، سرعة وصول أعلى من تلك التي توفرها ذاكرة القراءة فقط (ROM). كما تتيح WCS القابلة للبرمجة للمستخدم تحسين أداء الجهاز لأغراض محددة. مع ذلك، كان من عيوبها صعوبة تصحيح البرامج، وإمكانية إلحاق المستخدمين ذوي النوايا الخبيثة أضرارًا بالنظام والبيانات. ^{[ 10 ]}

دعمت أنظمة Burroughs الصغيرة ، ومعالج Rekursiv ، و Imsys Cjip ^{[ 11 ]} تحميل التعليمات البرمجية الدقيقة المختلفة للبرامج بلغات برمجة مختلفة، حيث تقوم التعليمات البرمجية الدقيقة للغة معينة بتنفيذ مجموعة تعليمات مصممة خصيصًا لتلك اللغة.

تتميز العديد من معالجات إنتل من عائلة معمارية x86 بإمكانية كتابة الشفرة الدقيقة، ^{[ 12 ]} بدءًا من معالج بنتيوم برو عام 1995. ^{[ 13 ] [ 14 ]} وقد أتاح ذلك إصلاح الأخطاء في الشفرة الدقيقة لمعالجات إنتل كور 2 وإنتل زيون برمجياً، بدلاً من استبدال الشريحة بالكامل. ويمكن تثبيت هذه الإصلاحات بواسطة أنظمة لينكس، ^{[ 15 ]} وفري بي إس دي ، ^{[ 16 ]} ومايكروسوفت ويندوز، ^{[ 17 ]} أو نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) للوحة الأم. ^{[ 18 ]}

تحتوي وحدة التحكم عادةً على مسجل في مخارجها. يجب أن تمر المخارج التي تعود إلى وحدة التسلسل لتحديد العنوان التالي عبر نوع من المسجلات لمنع حدوث حالة تضارب . ^{[ 19 ]} في معظم التصاميم، تمر جميع البتات الأخرى أيضًا عبر مسجل. وذلك لأن الجهاز سيعمل بشكل أسرع إذا تأخر تنفيذ التعليمات الدقيقة التالية دورة واحدة. يُعرف هذا المسجل باسم مسجل خط الأنابيب. غالبًا ما يعتمد تنفيذ التعليمات الدقيقة التالية على نتيجة التعليمات الدقيقة الحالية، والتي لن تكون مستقرة حتى نهاية الدورة الدقيقة الحالية. يتضح أنه في كلتا الحالتين، تذهب جميع مخارج وحدة التحكم إلى مسجل واحد كبير. تاريخيًا، كان من الممكن شراء ذاكرة قراءة فقط قابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا (EPROM) تحتوي على بتات هذا المسجل على نفس الشريحة.

إشارة الساعة التي تحدد معدل الساعة ، وهو زمن دورة النظام، تقوم بشكل أساسي بتشغيل هذا السجل.