¿Cómo se gestiona a si misma una CPU? Así funciona la unidad de control

¿Cómo se gestiona a si misma una CPU? Así funciona la unidad de control

Josep Roca

Si tuviéramos que definir en qué partes se compone un procesador entonces lo más seguro es que en el 99% de las veces haríamos una linea divisoria entre dos partes, por un lado, las unidades de ejecución y todos los elementos necesarios para su funcionamiento y por otro lado la unidad de control, la cual se encarga de la captación, pero especialmente de la decodificación de cada instrucción, para ello tenemos que entender el ciclo de instrucción.

Para entender cómo funciona la unidad de control hemos de entender previamente cómo funciona el ciclo de cada instrucción, donde primero se capta una instrucción de la memoria y es colocada en el registro de instrucción, el siguiente paso es la descodificación de la instrucción por parte de la unidad de control, la cual tras terminar su trabajo envía la instrucción a la unidad de ejecución que corresponda a esa instrucción.

¿Cuáles son las tareas de la Unidad de Control?

unidad de control

La unidad de control es una pieza indispensable que realiza la siguiente lista de trabajos de manera continua y transparente:

  • Coordina el movimiento y el orden de los datos que se mueven dentro y fuera del procesador, así entre las diferentes subunidades que forman parte del mismo.
  • Interpreta las instrucciones.
  • Controla las diferentes ALUs y unidades de ejecución del procesador.
  • No solo se encarga de captar y descodificar las instrucciones, sino también de escribir los resultados en los registros, caches o en la dirección correspondiente de la RAM.

La unidad de control es por tanto el verdadero cerebro en la sombra dentro de la CPU, el que se encarga de gestionar que todas las piezas de la CPU reciban los datos correctos y ejecuten las instrucciones correctas en cada momento.

La Decodificación de instrucciones

Decodificación InstruccionesCada procesador tiene un conjunto de registros e instrucciones o ISA que podemos entender como el idioma del procesador, por lo que dependiendo de cada procesador un código binario puede significar una cosa u otra. Pero, en todos ellos la instrucción siempre se divide en dos partes: el opcode y el dato. El opcode es el código de instrucción, a cada instrucción le corresponde siempre el mismo opcode dentro de una ISA

Suponed que tenemos un ordenador con un opcode de 3 bits por lo que esto da 2^3 instrucciones, a través de un decodificador de n bits podemos generar una salida de 2^n bits, en este caso 3 bits generan 8 caminos distintos, según el tipo de instrucción a ejecutar se tomara un camino u otro para solucionarla durante la etapa de ejecución de la instrucción.

No todas las instrucciones van a pasar por las mismas unidades y los mismos procesos, no todas tienen un pipeline de la misma longitud y por tanto no van a tener todas el mismo trato, porque no es lo mismo realizar una suma que mover un dato.

Tipos de unidades de control

Procesador Render

Principalmente tenemos dos tipos de unidades de control, la cableada y la microprogramada.

  • Las unidades de control cableadas se utilizan en procesadores muy simples, ya que en ellas la tabla de registros e instrucciones no se puede cambiar al encontrarse todos los caminos de datos cableados previamente de manera fija, en una unidad de control cableada las instrucciones van a tener siempre el mismo rendimiento y no se van a poder añadir de nuevas ni optimizar su funcionamiento.
  • En el caso de las unidades de control microprogramadas se utiliza un procesador que se encarga de realizar todas las funciónes de la unidad de control, esto permite optimizar la forma en la que las instrucciones se van a ejecutar e incluso añadir nuevas instrucciones.

Debido a la complejidad de la unidad de control microprogramada, estas realizan la decodificación de las instrucciones de manera mucho más lenta, es por ello que según el tipo de instrucción se hace uso de un tipo de unidad de control o de otro a la hora de tratar cada una de las instrucciones.