Arithmetic and Logic Unit, Shifter, and Control Unit¶
ALU와 CU에 대한 조금 더 깊은 내용을 다룸.
간단한 정리인 The Central Processing Unit에 나온 내용 정도만 알고 있어도 되는 경우가 많으므로 그냥 참고삼아 읽어볼 것.
Arithmetic and Logic Unit¶
arithmetic and logical operation (연산) 이 실제 수행되는 장치.
뭔가 신비해 보이지만, selector와 combinatorial logic circuit (gate)로 구성된다
- shift operation은 shift register로, data flow control은 control unit에서 이루어짐.
operation을 구성하는 micro-operation은 크게
- register-transfer,
- arithmetic op,
- logical op,
- shift
등의 4가지로 나누어지는데,
ALU는 이중 arithmetic operation과 logical operation을 담당한다고 볼 수 있다.
(register에 저장된 data들에 대해 이루어지는 기본적인 operation들을 micro-operation이라고 함)
ALU는 Control unit에서 오는 control signal (opcode)에 따라, data를 가져와서 연산을 수행하여 Accumulator 와 condition code register등에 연산결과와 status가 저장되게 된다.
- 위 그림에서 status register 가 바로 condition code register임.
- ALU 제어 신호는 달리 말하면,
opcode(operation code)로 연산의 종류 를 의미함. - 상단의 register 에서 들어오는 data를
operand(피연산자) 라고 부름.
ALU's opcodes (Simple Version)¶
ALU가 수행하는 opcode들을 나타낸 표임. (example)
| opcode | mnemonic | description |
|---|---|---|
| 0000 | clr | operand에 상관없이 result를 0으로 |
| 0001 | set | result를 1로 |
| 0010 | not | operand A의 각 bit에 not연산 |
| 0011 | neg | operand A의 two's complement -A를 result로 |
| 0100 | shl | Shift A left by the low 4 bits of B |
| 0101 | shr | Shift A right by the low 4 bits of B |
| 0110 | Unused | |
| 0111 | Unused | |
| 1000 | load | pass operand B to the result |
| 1001 | and | bitwise A AND B |
| 1010 | or | bitwise A OR B |
| 1011 | xor | bitwise A XOR B |
| 1100 | add | A + B |
| 1101 | sub | A - B |
| 1110 | cmp | Set condition codes based on B-A (compare) |
| 1111 | Unused |
Shift Registers¶
shift연산을 담당.
Sequential Shift Register¶
flip-flop들로 구성한 shift register임.
- 1bit를 shift하는데 1 clk가 필요 : 매우 느림.
Barrel Shifter¶
selector(or MUX) 기반의 shift register.
shifter를 만드는데 들어가는 기본 구성요소 selector 등은 EDA에서 component로 제공된다. 즉, selector에 해당하는 chip들을 배선으로 연결하여 만드는 것이 아닌 "EDA에서 컴포넌트로 제공되는 블럭들을 조합하여 하나의 chip으로 설계" 하여 만드는게 일반적이다.
이는 마치 programming이 여러 function과 class들을 조합하는 것과 비슷하다.
Control Unit (or Execution Unit)¶
명령을 fetch하고 decode하며, 해당 명령을 execute 및 writeback하기 위한 여러 제어 신호를 보내는 소자.
실제적으로 ALU에게 필요한 연산과 데이터를 제공하고 결과값을 올바른 메모리 장소로 보내는 일들을 담당한다.