Was ist eine Steuereinheit?

Eine Steuereinheit ist die Unterkomponente der Zentraleinheit (CPU), die alle in diesem Bereich durchgeführten Aktionen in einem Computer verwaltet. Es ist dafür verantwortlich, die verschiedenen Eingaben, Anweisungen und Daten vom Computer zu übernehmen und dem Prozessor mitzuteilen, was mit ihnen zu tun ist. Da die CPU als das Gehirn des Computers betrachtet wird, wird sie manchmal als das Gehirn innerhalb des Gehirns bezeichnet. Abhängig von der CPU-Architektur kann die Steuereinheit verschiedene Aufgaben ausführen.

Die Steuereinheit besteht eigentlich aus mehreren Unterkomponenten. Während der festverdrahteten Tage bildeten alle diese Verdrahtungen und Schaltungen eine sogenannte Finite-State-Maschine, ein System mit einem besonderen Zweck, die Operationen des Computers zu steuern. Separate Schaltkreise waren für das Decodieren und Codieren von Befehlen verantwortlich, während andere die Logik handhabten oder die Befehle zählten, an denen die CPU arbeitete. Alles geschah in der Reihenfolge, in der die Logikschaltung auf die eine oder andere Weise umgedreht wurde, um die Anweisungen zum Speicher zu leiten.

Eine Anweisung wird abgerufen und dekodiert und muss dann der Reihe nach bis zum Abschluss ausgeführt werden. Bei älteren CPUs müsste der Befehl den gesamten Prozess durchlaufen und die Berechnung abschließen, bevor der nächste beginnen würde. Um die Verarbeitung zu beschleunigen, verwenden moderne CPUs sogenannte Pipelines, bei denen jeder Schritt Teil der Pipeline ist. Während sich ein Befehl im Ausführungsteil der Pipeline befindet, befindet sich ein anderer bereits in der Decodierungsphase und ein anderer wird abgerufen. Um all dies zu bewältigen, musste die Steuereinheit auch die Rolle eines Multiplexers übernehmen, indem sie mehrere Ein- oder Ausgänge übernimmt und diese in die Pipeline und aus dieser heraus leitet.

Mit dem weiteren Fortschritt der Computer-CPUs änderte sich ein Großteil davon dramatisch. Die Verwendung von Mikrocodes, winzigen Programmen, die sich in einem speziellen Hochgeschwindigkeits-Nur-Lese-Speicher auf der CPU befinden, löste die alte festverdrahtete Schaltung ab. Diese Low-Level-Programme übernahmen die zeitaufwändige Aufgabe, eine Steuereinheit physisch neu zu verdrahten, und vereinfachten Änderungen an der CPU-Architektur. Die kundenspezifisch geschriebenen Mikroprogramme der Steuereinheit, die während der Entwurfsphase der CPU erstellt wurden, ermöglichen die Architektur eines bestimmten CPU-Typs.

Im Allgemeinen hängt ein Großteil der Zuständigkeiten der Steuereinheit von der CPU-Architektur ab. Einige können einfach die Ausführung abrufen, dekodieren, koordinieren und die Ausgabe von Anweisungen steuern. Andere haben möglicherweise zusätzliche Aufgaben im Zusammenhang mit der Übersetzung, die die CPU verlangsamen können. In diesen Fällen kann die Steuereinheit weiter in prägnante Komponenten aufgeteilt werden, wie z. B. eine separate Planungseinheit oder eine Stilllegungseinheit, die für die Organisation und Speicherung der Ergebnisse von der Rithmetic Logic Unit (ALU) zuständig ist.

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