[컴퓨터 구조] CPU 제어장치 (CU)

제어장치 (Control Unit)

제어장치는 컴퓨터의 다양한 부품들을 관리하고 작동시키는 전기 신호,

즉 제어 신호를 생성하고 명령어를 해석하는 중요한 부품입니다.

CPU의 부품 중 가장 정교하게 설계된 부분이 바로 제어장치입니다. 제조사마다 구현 방식이나 명령어를 해석하고 제어 신호를 주고받는 방식이 조금씩 다르지만, 여기서는 일반적인 제어장치의 작동 원리에 대해 설명하겠습니다.

제어장치의 작동 과정

1. 클럭 신호 수신
   • 제어장치는 클럭 신호를 받아들입니다.
   • 클럭(clock)이란 컴퓨터의 모든 부품이 동작할 수 있도록 시간 단위를 제공하는 신호입니다.
   • 클럭 주기에 맞춰 데이터가 이동하거나 연산이 수행되고, 명령어가 읽혀집니다.
   • 하지만 모든 부품이 동일한 클럭 주기마다 작동하는 것은 아닙니다. 각 부품은 클럭 신호에 맞춰 작동할 뿐입니다.
2. 명령어 해석
   • 제어장치는 명령어 레지스터에서 해석해야 할 명령어를 받아들입니다.
   • 받은 명령어를 해석한 후, 해당 명령어를 수행하기 위한 제어 신호를 생성하여 컴퓨터 부품들에게 전달합니다.
3. 플래그 레지스터 수신
   • 제어장치는 플래그 레지스터에서 플래그 값을 받아들입니다.
   • 플래그는 추가적인 정보를 제공하는 비트들로, 명령어를 수행할 때 참고해야 할 정보를 담고 있습니다.
   • 제어장치는 이 플래그 값을 참고하여 정확한 제어 신호를 생성합니다.
4. 제어 버스 신호 수신
   • 제어장치는 시스템 버스 중 제어 버스를 통해 전달된 외부 제어 신호도 받아들입니다.
   • 제어 신호는 CPU뿐만 아니라 입출력 장치 등 외부 장치에서도 생성될 수 있습니다. 제어장치는 이러한 외부 신호를 처리하여 적절히 대응합니다.

제어 신호의 역할

• 메모리 제어
  • 제어장치는 메모리에 저장된 값을 읽거나, 새로운 값을 저장하기 위해 제어 신호를 보냅니다.
• 입출력 장치 제어
  • 제어장치는 입출력 장치의 값을 읽거나, 새로운 값을 쓰기 위해 제어 신호를 보냅니다.
• 내부 제어 신호
  • ALU(Arithmetic Logic Unit): 수행할 연산을 지시하는 제어 신호를 보냅니다.
  • 레지스터: 레지스터 간 데이터 이동 또는 명령어 해석을 위해 제어 신호를 보냅니다.

제어장치는 이러한 신호들을 통해 컴퓨터의 각 부품이 정확하게 동작할 수 있도록 조율하는 역할을 합니다. 이를 통해 컴퓨터는 복잡한 작업을 효율적으로 처리할 수 있게 됩니다.