Control Unit Design & Control Logic
Subject: Computer Architecture and Organization
Hardwired Control Unit vs Microprogrammed Control Unit, Control Memory, Microinstructions, Control Signals.
Concept Summary
Key Revision Rules & Formulas
- Hardwired Control Unit: Implemented using fixed logic gates and flip-flops; faster execution speed but rigid and hard to modify.
- Microprogrammed Control Unit: Control signals stored as microprograms in Control Memory (ROM); slower due to control memory read cycles, but flexible and software-upgradable.
- Horizontal Microinstructions: Wide fields, higher parallelism, unencoded control bits.
- Vertical Microinstructions: Compact fields, encoded control bits requiring decoding logic.
Common Exam Pitfalls
- Assuming Microprogrammed control is faster than Hardwired control; hardwired logic circuits execute faster.
- Confusing Horizontal microinstructions (highly parallel, unencoded) with Vertical microinstructions (compact, encoded).
Sample Practice Questions
Question 1: निम्नलिखित में से कौन, कंट्रोल यूनिट के कार्यों का सर्वोत्तम वर्णन करता है -
- अंकगणितीय परिचालन का निष्पादन
- मेमोरी, प्रोसेसर और इनपुट/आउटपुट उपकरणों के परिचालन का नियंत्रण
- तर्कयुक्त परिचालन का निष्पादन
- बाह्य (एक्सटर्नल) डाटा को कम्प्यूटर समझे ऐसे स्वरूप में परिवर्तित करना
Explanation: कंट्रोल यूनिट कंप्यूटर के सभी घटकों के बीच समन्वय करती है और यह तय करती है कि कौन सा घटक किस समय क्या कार्य करेगा।
Question 2: निम्नलिखित में से वह कौन-सी प्रणाली है, जो वास्तविक डेटा प्रोसेसिंग न करके, एक पर्यवेक्षक के रूप में, कंप्यूटर की अन्य इकाइयों के मध्य नियंत्रण और समन्वयन का कार्य करती है -
- एएलयू (ALU)
- कण्ट्रोल यूनिट
- सिस्टम बस
- सीपीयू रजिस्टर (CPU रजिस्टर)
Explanation:
Question 3: निम्नलिखित में से कौनसा नियंत्रण इकाई का कार्य नहीं है -
- इंटरप्रेट्स इंस्ट्रक्शन
- डायरेक्ट ऑपरेशन
- गाइड्स डाटा फ्लो थ्रू द कम्प्यूटर मेमोरी
- कन्ट्रोल सीक्वेन्शीएल इंस्ट्रक्शन एक्जीक्यूशन
Explanation: नियंत्रण इकाई (Control Unit) का मुख्य कार्य निर्देशों की व्याख्या करना, डेटा प्रवाह को नियंत्रित करना और कंप्यूटर के अन्य घटकों को संचालन निर्देश देना है। “डायरेक्ट ऑपरेशन” नियंत्रण इकाई का कार्य नहीं है।
Question 4: निम्नलिखित कथनों में से सही/गलत की पहचान करें।(a) कंप्यूटर की कंट्रोल यूनिट (CU) डेटा की कोई वास्तविक प्रोसेसिंग नहीं करती है।(b) CPU को एकीकृत परिपथ (IC) चिप में बनाया गया है और इसे माइक्रोप्रोसेसर के रूप में भी जाना जाता है।(c) फ्लैटबेड स्कैनर इनपुट और आउटपुट डिवाइस दोनों के रूप में काम करता है।
- a-सही, b-सही, c-सही
- a-गलत, b-सही, c-सही
- a-सही, b-गलत, c-सही
- a-सही, b-सही, c-गलत
Explanation:
Question 5: प्रोसेसर की निम्नलिखित में से कौन-सी इकाई कम्प्यूटर के सभी हिस्सों की निगरानी करती है और उन्हें उचित निर्देश देती है -
- इनपुट यूनिट
- अरिथमेटिक एवं लॉजिक यूनिट
- मेमोरी यूनिट
- कंट्रोल यूनिट
Explanation: कंट्रोल यूनिट कंप्यूटर की सभी प्रक्रियाओं का नियंत्रण करती है और उन्हें निर्देश देती है।
Question 6: What is the primary advantage of a Microprogrammed Control Unit compared to a Hardwired Control Unit?
- Faster instruction execution speed
- Simpler hardware logic gates with lower latency
- Flexibility, ease of modifying microprograms, and simple microcode software updates
- Elimination of control memory ROM requirements
Explanation: Microprogrammed Control Units store control signals as microinstructions in Control ROM. Modifying or expanding the instruction set simply requires updating microcode in control memory rather than redesigning physical hardware circuits.
Question 7: In microprogrammed control unit terminology, what characterizes a Horizontal Microinstruction format?
- Each bit in the microinstruction directly represents a single unencoded control signal
- Control signals are heavily encoded using decoders to minimize bit length
- Only one control signal can be activated per microinstruction cycle
- Control memory address fields are completely omitted
Explanation: Horizontal microinstructions contain unencoded control fields where every individual bit corresponds directly to one specific control line, enabling high parallel control signal generation at the expense of wider control memory words.
Question 8: Where are microinstructions stored in a Microprogrammed Control Unit?
- Main Memory (RAM)
- Control Memory (Control ROM)
- Instruction Register
- Secondary Storage (Disk)
Explanation: Microinstructions are stored in a dedicated high-speed read-only memory inside the CPU called Control Memory (Control ROM).
Question 9: Which component generates the control memory address for fetching the next microinstruction?
- Microprogram Sequencer / Control Address Register (CAR)
- Program Counter (PC)
- Memory Address Register (MAR)
- Stack Pointer (SP)
Explanation: The Control Address Register (CAR) and Microprogram Sequencer generate and hold the control memory address for fetching sequential or branched microinstructions.
Question 10: What is a main characteristic of Hardwired Control Units?
- Control signals are generated by decoding microprogram routines in ROM
- Control signals are generated directly by fixed combinational logic hardware circuits
- Changes to control logic can be done via software patches
- Execution speed is slower than microprogrammed control
Explanation: Hardwired Control Units use physical combinational logic circuits (gates, decoders, flip-flops) to emit control signals directly, offering maximum execution speed.