[ComputerScience] CPU의 제어장치

CPU의 제어장치

CPU에서 제어장치(CU, Control Unit)는 지휘자 역할을 수행하는 핵심 구성 요소입니다.
프로그램으로부터 전달된 명령어를 해석하고, CPU 내부와 메모리, 입출력 장치 등에 제어 신호를 보내 각 구성 요소가 올바르게 동작하도록 조율합니다.

즉, CPU가 언제, 어떤 데이터를 처리할지를 결정하고 지시하는 장치입니다.
또한 CPU 제조사마다 제어장치의 구현 방식, 명령어를 해석하는 방식 그리고 처리하는 정보의 형태에는 차이가 있을 수 있습니다.

제어장치는 다양한 입력을 받아 이를 기반으로 제어 신호를 생성합니다.

주요 흐름은 다음과 같습니다.

Instruction_Example1
출처: 강민철, 『혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제』, 한빛미디어, 2022, 108쪽

클럭(Clock) 신호 수신
- 먼저 클럭 신호를 받아들입니다.
명령어 수신 및 해석
- 명령어 레지스터(IR)에 저장된 명령어를 받아 해석합니다.
- CPU의 Decode 단계에 해당하며, 해석 결과를 바탕으로 수행해야 할 작업을 결정하고 제어 신호를 생성하여 컴퓨터 부품들에 해당 내용을 알려줍니다.
플래그(Flag) 정보 수신
- 플래그 레지스터의 값을 참고합니다.
- ALU 연산 결과에 대한 상태 정보를 가져와 해당 정보를 기반으로 조건 분기 등 다음 동작을 결정합니다.
외부 제어 신호 수신
- 시스템 버스 중 제어 버스를 통해 전달된 외부 제어 신호도 받아들입니다.
- 이 신호는 CPU 외부 장치(예: 입출력 장치)에서도 발생할 수 있으며, 이를 통해 CPU는 외부 상태 변화에 대응할 수 있습니다.

제어장치는 위 입력들을 종합하여 제어 신호를 생성하고, 이를 CPU 내부와 외부로 전달합니다.

CPU 외부로 제어 신호를 보낼 때에는 제어 버스를 통하며, 대표적으로 다음과 같은 신호가 있습니다.

CPU 내부로 전달되는제어 신호는 대표적으로 다음과 같은 신호가 있습니다.