基本介紹
- 中文名：算術控制單元
- 外文名：Arithmetic Control unit
功能,硬連線控制單元,微程式控制單元,
功能
控制單元（CU）是包含在處理器內的數字電路，其協調處理器的許多子單元之間，之外和之間的數據移動序列。這些路由數據通過處理器內的各種數字電路（子單元）的運動的結果產生了軟體指令所期望的操縱數據（先前載入，可能來自存儲器）。它控制（傳導）處理器內部的數據流，並另外向計算機的其餘部分提供若干外部控制信號，以進一步將數據和指令引導至處理器外部目的地（即存儲器）。
需要CU的設備的示例是CPU和圖形處理單元（GPU）。 CU接收外部指令或命令，它將其轉換為CU套用於數據路徑的一系列控制信號，以實現一系列暫存器傳輸級操作。
更確切地說，控制單元（CU）通常是相當大的複雜數字電路集合，其互連和控制CPU內包含的許多執行單元（即ALU，數據緩衝器，暫存器）。 CU通常是從外部存儲的電腦程式接受的第一個CPU單元，單個指令（基於CPU的指令集）。然後，CU將該單獨指令解碼為幾個連續步驟（從暫存器/存儲器獲取地址/數據，管理執行[即傳送到ALU或I / O的數據]，並將結果數據存儲回暫存器/存儲器），控制和協調CPU的內部工作以正確運算元據。這些順序步驟的設計基於每個指令的需要，並且可以包括步驟數，執行順序以及啟用哪些單元。
因此，通過僅使用存儲器中的設定指令的程式，CU將根據需要配置所有CPU的數據流以在指令之間正確地操縱數據。這導致計算機可以運行完整的程式並且不需要人為干預來在指令之間進行硬體改變（當在發明具有CU的存儲的編程計算機之前僅使用穿孔卡進行計算時必須進行）。 CU的這些詳細步驟決定了CPU的互連硬體控制信號中的哪一個啟用/禁用，哪些CPU單元被選擇/取消選擇，以及指令執行操作所需的單元執行順序以產生所需的運算元據。另外，CU的有序硬體協調正確地對這些控制信號進行排序，然後配置包括CPU的許多硬體單元，指導如何根據指令的目的將數據移動，改變和存儲在CPU（即存儲器）之外。
根據進入CU的指令類型，CU產生的順序步驟的順序和數量可能會改變CPU硬體的哪些部分用於實現指令目標的選擇和配置（主要是移動，存儲和修改數據）在CPU內）。這一功能有效地僅使用軟體指令來控制/選擇/配置計算機的CPU硬體（通過CU）並最終操縱程式的數據，這是大多數現代計算機在運行各種程式時靈活且通用的重要原因。與20世紀30年代或40年代的計算機相比，沒有合適的CU，他們經常需要在更換程式時重新連線硬體。然後，當程式計數器遞增到下一個存儲的程式地址並且新指令從該地址進入CU時，重複該CU指令解碼處理，依此類推，直到程式結束。
其他更高級形式的控制單元管理指令（但不包含數據的部分）的轉換為若干微指令，並且CU管理所選擇的執行單元之間的微指令的調度，然後將數據引導和改變根據執行單元的功能（即ALU包含幾個功能）。在一些處理器上，控制單元可以進一步分解為附加單元，例如用於處理調度的指令單元或調度單元，或者用於處理來自指令流水線的結果的引退單元。同樣，控制單元協調CPU的主要功能：在軟體程式中執行存儲的指令，然後根據這些指令將數據流引導到整個計算機（大致相當於交通信號燈將如何系統地控制汽車的流動到交通格線[CPU]內的不同位置，直到它停在所需的停車位[存儲器地址/暫存器]。汽車乘客然後進入建築物[執行單元]並返回更改然後以某種方式回到汽車並通過受控交通格線返回到另一個位置。
硬連線控制單元
硬連線控制單元通過使用組合邏輯單元來實現，其具有有限數量的門，其可以基於用於調用那些回響的指令生成特定結果。硬連線控制單元通常比微程式設計更快。
它們的設計採用固定架構 - 如果修改或更改指令集，則需要更改布線。這種架構在精簡指令集計算機（RISC）中是首選，因為它們使用更簡單的指令集。
使用這種方法的控制器可以高速運行;然而，它幾乎沒有靈活性，它可以實現的指令集的複雜性是有限的。隨著計算機的發展，硬連線方法變得越來越不受歡迎。以前，CPU的控制單元使用ad-hoc邏輯，而且很難設計。
微程式控制單元
莫里斯威爾克斯於1951年提出了微編程的想法，作為執行電腦程式指令的中間層。微程式被組織為一系列微指令並存儲在特殊控制存儲器中。與硬連線控制單元不同，微程式控制單元的算法通常由流程圖描述指定。微程式控制單元的主要優點是結構簡單。控制器的輸出以微指令組織，可以輕鬆更換。
