制御ユニットは、コンピュータのプロセッサ内で動作し、ハンドル全ての制御信号を管理するデジタル回路です。ロジックユニット、メモリ、および入出力ペリフェラルは、プログラムから受け取ったコマンドを複製する方法を知ることができます。したがって、すべての入力フローと出力フローをルーティングし、プログラム操作のコードを検索し、タイミング信号と制御信号を送信することによって他のユニットに指示します。
制御ユニットは、入力データを受け入れることによって動作し、入力データは制御信号に変換され、その後中央プロセッサに送信されます。プロセッサは、実行する操作をさまざまなデバイスに命令します。
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このユニットは、頭脳として機能するプロセッサのコンポーネントであり、ほとんどすべての操作の命令を生成し、それらが正しく実行されることを保証します。
制御ユニットを使用するデバイスの例は、中央処理装置（CPU）とグラフィックス処理ユニット（GPU）です。
部品
アクションを実行するには、CPUコントロールユニットが適切なシーケンスで必要な制御信号を生成する必要があります。これらの制御信号を正しいシーケンスで生成するために使用される2つのアプローチがあります。
一体型ユニット
制御ユニットは、論理ゲート、フリップフロップ、デジタル回路、エンコーダーおよびデコーダーで構成され、確立された方法で配線されています。
これは、命令レジスタと外部入力の内容に応じて、各クロックサイクルで状態ごとに変化する状態装置と考えることができます。
この状態装置の出力は制御信号です。このマシンで実行される一連の操作は、論理エレメントの配線によって決まります。このため、「統合」と呼ばれます。
設計は特定のアーキテクチャに基づいています。命令セットの変更が必要な場合は、配線と回路を変更する必要があります。
これは、少数の命令しか持たない縮小命令セットコンピューティング（RISC）アーキテクチャの基礎です。
制御信号
制御信号は、操作の実行を指示するために不可欠です。それらは、特別に設計された論理回路によって広められ、信号生成方法は、回路構造の物理的な変更なしには変更できません。
操作を実行するための制御信号は、特定の時点ではなく、命令実行サイクルに対応する期間全体にわたってブロードキャストする必要があります。
命令のオペコードには、制御信号をブロードキャストするための基本情報が含まれています。
命令デコーダ
オペコードは命令デコーダでデコードされます。これは、命令のオペレーションコードのさまざまなフィールドをデコードするデコーダーのセットで構成されています。
命令デコーダは、制御ユニットが、タイミング信号および他の入力信号が変更されないままである限り続く新しい動作の実行に関連する最初の状態に入ることを可能にする。
上記の信号のいずれかが変化すると、コントロールユニットの状態が変化します。
その結果、命令デコーダーから出てくるいくつかのラインは信号の値を取得します。これらのラインは、コンピュータのさまざまなユニットの制御信号発生器デバイスに結合されています。
これらのフェーズの編成を繰り返すことにより、内部状態の適切な順序がコントロールユニットで構成されます。
制御ユニットに新しい命令が到着すると、組み込みユニットは、新しい命令を取得するための初期状態になります。
マイクロプログラムされたユニット
統合ユニットに関するこのアプローチの本質的な違いは、操作の実行に不可欠なコード化された制御信号を含むマイクロプログラムを格納するために使用される制御ストアの存在です。
命令のオペレーションコードは、制御信号をすぐに作成するためにデコードされませんが、制御ストアに格納されているマイクロプログラムのアドレスが示されます。
すなわち、命令に添付された制御信号は、交換可能なファームウェアとして特別なメモリセルに格納されます。
マイクロプログラム制御ユニットは、メモリユニットで見つかった操作の復元に時間がかかるため、組み込みユニットよりも低速です。
特徴
コンピュータの入力デバイス、出力デバイス、メインメモリ、および論理演算ユニットに、プロセッサに発行される操作を複製する方法を通知するのは、コントロールユニットの責任です。
プログラム操作をメモリに取得し、それらをプロセッサレジスタに取り込みます。このレジスターの内容に応じて、コントロールユニットはこれらの操作のパフォーマンスを監視する信号を作成します。
コントロールユニットに入力する操作のタイプに応じて、生成されるシーケンシャルステップの数と順序を変更して、移動、変更など、操作の目的を達成するために使用されるCPUの部分を選択および構成できます。またはデータを保存します。
カウンタがプログラムの次の保存されたアドレスにインクリメントされると、デコード操作のこのプロセスが再度実行されます。そのアドレスから新しい操作が制御ユニットに入力され、プログラムの最後まで続きます。
図
制御装置が実行する機能は、異なるブランド間の構造の既存の相違により、CPUのタイプに依存します。次の図は、プログラムの命令がどのように処理されるかを示しています。
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-命令の検索と取得、デコード、実行の管理、結果の保存など、複数のタスクを処理します。
-外部からの命令やコマンドを受け取り、一連の制御信号に変換します。
-指示を解釈します。
-命令の順次実行を制御します。
-多くのプロセッササブユニット間でのデータの移動のシーケンスを調整します。
-算術論理ユニットなどの実行ユニット、およびプロセッサに含まれるデータストアとレジスタの同期を調整および制御します。
-他のコンピューティングデバイスと制御信号を送受信します。
-コンピューターのさまざまな領域を通るデータの流れを指示および制御します。
参考文献
- Techopedia（2019）。コントロールユニット（CU）。取得元：ceilingpedia.com。
- Computer Hope（2017）。コントロールユニット。取得元：computerhope.com。
- Geeks for Geeks（2019）。コンピューターの構成：ハードワイヤードv / sマイクロプログラム制御ユニット。引用元：geeksforgeeks.org。
- Geeks for Geeks（2019）。コントロールユニットとその設計の紹介。取得元：geeksforgeeks.org。
- ウィキペディア、無料の百科事典（2019）。コントロールユニット。取得元：en.wikipedia.org。