제어 유닛은 컴퓨터의 프로세서 내에서 동작하고있는 모든 핸들 제어 신호에 적용 디지털 회로이다. 이를 통해 논리 장치, 메모리, 입력 및 출력 주변 장치가 프로그램에서 수신 한 명령을 복제하는 방법을 알 수 있습니다. 따라서 모든 입력 및 출력 흐름을 라우팅하고 프로그램 작업을위한 코드를 찾고 타이밍 및 제어 신호를 전송하여 다른 장치를 지시합니다.
제어 장치는 입력 데이터를 승인하여 작동하며,이를 제어 신호로 변환하고 이후 중앙 프로세서로 전송합니다. 프로세서는 수행 할 작업을 다른 장치에 주문합니다.
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이 장치는 두뇌 역할을하는 프로세서의 구성 요소로 거의 모든 작업에 대한 지침을 생성하고 올바르게 실행되도록합니다.
제어 장치를 사용하는 장치의 예로는 중앙 처리 장치 (CPU)와 그래픽 처리 장치 (GPU)가 있습니다.
구성품
작업을 실행하려면 CPU 제어 장치가 적절한 순서로 필요한 제어 신호를 생성해야합니다. 이러한 제어 신호를 올바른 순서로 생성하는 데 사용되는 두 가지 방법이 있습니다.
통합 유닛
제어 장치는 논리 게이트, 플립 플롭, 디지털 회로, 인코더 및 디코더로 구성되며 기존 방식으로 배선됩니다.
이것은 명령 레지스터의 내용과 외부 입력에 따라 각 클럭 사이클에서 상태마다 다른 상태 장치로 생각할 수 있습니다.
이 상태 장치의 출력은 제어 신호입니다. 이 기계에서 수행되는 작업 순서는 논리 요소의 배선에 의해 결정됩니다. 이러한 이유로 "통합"이라고합니다.
디자인은 특정 아키텍처를 기반으로합니다. 명령 세트를 변경해야하는 경우 배선 및 회로를 변경해야합니다.
이것은 적은 수의 명령어 만 포함하는 축소 명령어 세트 컴퓨팅 (RISC) 아키텍처의 기초입니다.
제어 신호
제어 신호는 작업 실행을 지시하는 데 필수적입니다. 그들은 회로 구조의 물리적 변경없이 신호 생성 방법을 수정할 수없는 명시 적으로 설계된 논리 회로에 의해 보급됩니다.
작업을 수행하기위한 제어 신호는 단일 시점이 아니라 명령 실행주기에 해당하는 전체 기간 동안 브로드 캐스트되어야합니다.
명령의 opcode는 제어 신호를 브로드 캐스트하기위한 기본 정보를 포함합니다.
명령 디코더
opcode는 명령어 디코더에서 디코딩됩니다. 이것은 명령어의 연산 코드의 다른 필드를 디코딩하는 디코더 세트로 구성됩니다.
명령 디코더는 제어 유닛이 타이밍 신호 및 기타 입력 신호가 변경되지 않은 한 지속되는 새로운 동작의 실행과 관련된 첫 번째 상태로 들어갈 수 있도록합니다.
위의 신호 중 하나라도 변경되면 제어 장치의 상태가 변경됩니다.
결과적으로 명령 디코더에서 나오는 일부 라인은 신호의 값을 획득합니다. 이 라인은 컴퓨터의 다른 장치에 대한 제어 신호 생성 장치에 연결됩니다.
이러한 단계의 구성을 반복함으로써 내부 상태의 적절한 순서가 제어 장치에 구성됩니다.
새 명령이 제어 장치에 도착하면 포함 된 장치는 새 명령을 검색 할 수있는 초기 상태가됩니다.
마이크로 프로그래밍 된 장치
통합 유닛과 관련하여이 접근 방식의 근본적인 차이점은 조작 실행에 필수적인 코딩 된 제어 신호를 포함하는 마이크로 프로그램을 저장하는 데 사용되는 제어 저장소의 존재입니다.
명령의 연산 코드는 즉시 제어 신호를 생성하기 위해 디코딩되지 않지만 제어 저장소에 저장된 마이크로 프로그램의 주소가 표시됩니다.
즉, 명령어가 첨부 된 제어 신호는 교체 가능한 펌웨어로 특수 메모리 셀에 저장됩니다.
마이크로 프로그램 된 제어 장치는 메모리 장치에서 발견 된 작업을 복원하는 데 걸리는 시간 때문에 내장 장치보다 느립니다.
풍모
프로세서에 실행되는 작업을 복제하는 방법을 컴퓨터의 입력 및 출력 장치, 주 메모리 및 논리 산술 장치에 알리는 것은 제어 장치의 책임입니다.
프로그램 작업을 메모리로 가져 와서 프로세서 레지스터로 가져옵니다. 이 레지스터에 포함 된 내용에 따라 제어 장치는 이러한 작업의 성능을 모니터링하는 신호를 생성합니다.
제어 장치에 입력하는 작업 유형에 따라 생성 된 순차적 단계의 수와 순서를 변경하여 작업의 목적을 달성하는 데 사용할 CPU 부분을 선택하고 구성 할 수 있습니다. 또는 데이터를 저장합니다.
이 디코딩 작업 프로세스는 카운터가 프로그램의 다음 저장된 주소로 증가함에 따라 다시 수행됩니다. 해당 주소에서 새 작업이 제어 장치에 입력되고 프로그램이 끝날 때까지 계속됩니다.
삽화
제어 장치가 수행하는 기능은 서로 다른 브랜드 간의 구조에서 기존의 차이로 인해 CPU 유형에 따라 달라집니다. 다음 다이어그램은 프로그램의 명령어가 처리되는 방식을 보여줍니다.
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-명령 검색 및 검색, 디코딩, 실행 관리 및 결과 저장과 같은 여러 작업을 처리합니다.
-일련의 제어 신호로 변환하는 외부 명령 또는 명령을 수신합니다.
-지침을 해석하십시오.
-명령의 순차적 실행을 제어합니다.
-여러 프로세서 하위 장치 간의 데이터 이동 순서를 조정합니다.
-산술 논리 장치와 같은 실행 단위와 프로세서에 포함 된 데이터 저장소 및 레지스터의 동기화를 조정하고 제어합니다.
-다른 컴퓨팅 장치에 제어 신호를 보내고받습니다.
-컴퓨터의 여러 영역을 통해 데이터 흐름을 지시하고 제어합니다.
참고 문헌
- Techopedia (2019). 제어 장치 (CU). 출처 : ceilingpedia.com.
- Computer Hope (2017). 제어 장치. 출처 : computerhope.com.
- Geeks for Geeks (2019). 컴퓨터 조직 : 하드 와이어 v / s 마이크로 프로그래밍 된 제어 장치. 출처 : geeksforgeeks.org.
- Geeks for Geeks (2019). 제어 장치 및 설계 소개. 출처 : geeksforgeeks.org.
- 무료 백과 사전, Wikipedia (2019). 제어 장치. 출처 : en.wikipedia.org.