🖥️컴퓨터 구조 - CPU의 제어 장치

이전 포스트에서 CPU의 ALU에 대하여 정리했고, 오늘은 제어장치에 대하여 정리해보려한다.

제어 장치 (Control unit)

제어 장치는 CPU의 두뇌 역할을 하는 부분으로, 명령어를 해석하고, CPU 내부의 모든 부품(ALU, 레지스터, 메모리 등)을 제어하는 역할을 한다. ALU, 레지스터, 메모리 등 각 하드웨어가 언제 어떤 동작을 해야 하는지 결정하는 신호(제어 신호, Control Signal)를 생성한다.

출처 : https://www.geeksforgeeks.org/introduction-of-control-unit-and-its-design/

위 그림은 제어장치가 무엇을 받아들이고, 무엇을 내보내는지 나타낸다.

 

클럭 (Clock) 

클럭이란 컴퓨터의 모든 부품을 움직이게 할 수 있는 시간 단위이다. 일정한 주기로 HIGH(1)와 LOW(0) 상태를 반복하면서 CPU의 동작 속도를 결정한다.

📌 클럭 신호의 주요 특징

1️⃣ CPU 내부 회로의 동작을 동기화함

• ALU, 레지스터, 메모리, 버스 등의 작동을 같은 리듬으로 맞춰서 실행하게 한다.

2️⃣ 주파수(Hz)로 속도를 측정함

• 클럭 속도(Clock Speed)는 Hz(헤르츠) 단위로 측정되며, 보통 GHz(기가헤르츠) 단위로 표현된다.
• 예: 3.5 GHz CPU → 초당 35억 번 클럭 사이클이 발생한다는 의미.

3️⃣ 한 번의 클럭 사이클(Clock Cycle) 동안 CPU는 한 단계의 작업을 수행함

• 하나의 명령어를 실행하는 데 여러 클럭 사이클이 필요할 수도 있다.
• 예: RISC(단순한 명령어 집합) CPU는 1~2 클럭 사이클, CISC(복잡한 명령어 집합) CPU는 3~10 클럭 사이클 필요함.

4️⃣ CPU 내부의 동작 방식(파이프라인, 명령 실행 단계)과 연관됨

• CPU가 명령어를 가져오고(Fetch), 해석하고(Decode), 실행(Execute)하는 모든 과정이 클럭 신호에 맞춰서 진행된다.

 

명령어 해석

명령어 레지스터(Instruction Register)로부터 해석할 명령어를 받아들이고 해석한 뒤, 제어 신호 발생시킨다. 이 신호를 통해 컴퓨터 부품(레지스터,ALU,버스 등)에 수행해야 할 내용을 알려준다.

 

플래그

이전 포스팅에서 ALU에 대하여 정리한 내용 중 ALU는 연산결과로 결괏값 뿐만 아니라 상태 레지스터(플래그 레지스터) 에 추가적인 상태 정보를 저장한다는 내용이 있었다. 제어 장치는 이 플래그 값을 받아들이고 이를 참고하여 제어신호를 발생시킨다.

 

제어 버스(Control Bus)

CPU와 메모리, 입출력 장치(I/O) 사이에서 제어 신호를 전달하는 통로이다. 제어 장치가 주로 신호를 보내지만, I/O 장치나 메모리에서 신호를 보내면 제어 장치가 그 신호를 받을 수도 있다. 

 

제어 장치는 이렇게 클럭, 현재 수행할 명령어, 플래그, 제어 신호를 받아들이고 다시 CPU의 내부와 내부로 제어 신호를 내보낸다.

 

 

참고 : https://www.geeksforgeeks.org/introduction-of-control-unit-and-its-design/