Chae Seungmin

DevOps & carefree life [TMON] Channel Service Dev. Team

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Instruction Codes

Instruction : 명령어.

  • 일련의 명령어가 하나의 프로그램이 된다.
  • Microoperation 이 모여 명령어가 되고 명령어가 모여 하나의 프로그램이 됨.

명령어의 형식 (16-Bit Computer)

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메모리 참조 명령어

  • 각 명령어의 Word 는 16 Bit 로 이루어짐.
    • 최상위 1 Bit : I-Bit
      • 유효 주소 설정 방식을 나타냄
        • I = 0 : Direct Address
        • I = 1 : Indirect Address
    • 상위 3 Bit : Opcode Field
      • 명령어의 종류를 나타냄
    • 하위 12 Bit : Address Field
      • 피 연산자의 주소를 나타냄
  • 피 연산자는 16 Bit로 구성됨.

    메모리의 크기
    • 각 명령어의 Address Field 크기가 12 Bit 이므로, 2^12 개의 주소를 16 Bit 만큼 가지게 됨.
      • 메모리의 크기는 4096 (2^12) * 16 의 크기를 가짐



Processor register - Accumulator (AC)

  • 처리된 결과가 저장되는 Register.
  • 산술연산, 논리연산 등이 계산되어 저장되어 있는 Register.
  • 누산기 라고 함.



Effective Address (유효 주소)

path

실제 Operand (피연산자) 의 주소를 의미.

  • 주소를 지정하는 세 가지 방식이 존재.
    1. Direct Address (직접 주소)
      • 해당 Address Field 값이 실제 Operand 의 주소가 되는 경우.

    2. Indirect Address (간접 주소)
      path
      • 해당 Address Field 위치에 (다른 위치에 존재하는) Operand 의 주소가 존재하는 경우.

    3. Immediate
      • Address Field 값 자체가 Operand 가 되는 경우.



유효 주소 사용 예시

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Direct address (직접 주소) 방식

  • I = 0 이므로 직접 주소 형식으로 ADD Operand 가 저장되어 있음.
  • 실제 AC 에 있는 값을 유효 주소의 번지에 있는 Operand(ADD)를 AC 에 더해서 다시 AC에 저장하는 과정.
    • AC <- AC + M[EA]



Indrect address (간접 주소) 방식

  • I = 1 이므로 간접 주소 형식으로 ADD Operand 가 저장되어 있음.
  • 300 번지에 존재하는 값이 실제 유효 주소가 됨.
  • 1350 번지에 존재하는 Operand 값을 기존 AC 값과 합한 후 AC 에 다시 저장.



Computer Registers

범용 Register 가 아닌
각각의 특수한 기능을 수행하는 Register 를 가지고 있는 16-Bit Computer 에 대한 것.



List of Registers

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PC (Program Counter)

  • 명령어의 주소가 저장되는 Register.
  • Address 가 저장되므로 12 Bit 로 이루어짐.



AR (Address Register)

  • 메모리가 참조하게 되는 유효 주소가 저장되는 Register.
  • 12 Bit



Data 나 명령어를 다루는 나머지 Register 들은 전부 16 Bit 로 구성.

  • IR (Instruction Register)
    • 명령어를 저장하는 Register.
  • DR (Data Register)
    • 피연산자가 주로 저장됨.
  • TR (Temporary Register)
    • 임시 저장을 위한 Register.
  • AC (Accumulator)
    • 기본적으로 산술, 논리 연산 처리가 저장되는 Register
  • INPR, OUTR (Input, Output Register)
    • Serial 통신을 가정하기 때문에 8 Bit Regiter 이다.



메모리는 2^12 = 4096 개의 word 를 가지는 Memory.



Data 의 이동 - Bus System

path

  • Bus System 을 이용해서 Register <-> Register , Register <-> Memory 간의 Data 전송이 수행된다.
  • 각각의 Register 는 일반적으로 Load(LD), Increment(INR), Clear(CLR) 을 갖는다.
  • Selection Signal (S2, S1, S0) 에 의해 BUS 에 Load 될 Register 종류 및 그 값이 정해진다.
  • Selection Signal 이 111 인 경우, Register 에는 항상 AR 이 연결되어 있으므로 Memory 가 AR 에 저장되어 있는 주소 값을 참조해서 적절한 값을 찾아 BUS 에 Load 하는 것.



path AR 과 Program Ccounter 는 12 Bit 이지만 BUS 는 16 bit, 즉 16개의 Line 으로 이루어짐.

  • 위처럼 AR 과 PC 가 Selection Signal 에 의해 선택되어 BUS 에 Load 될 경우에는 상위 4개의 Bit 가 0으로 채워진 후 BUS 에 Load 된다.
  • 마찬가지로 BUS 에서 AR 과 PC 가 값을 읽어올 때에도 해당 값의 하위 12 Bit 만 읽어온다.
  • 같은 원리로 Output Register (OUTR) 도 BUS Line 으로부터 값을 읽어올 때 하위 8 Bit 만 읽어오게 된다.



path

AC & DR 의 특수한 경우

  • DR 은 AC 에 연결이 되어 있다.
    • DR 의 Output 이 그대로 AC 에 전송이 될 수 있음.
  • Selection Signal 이 100 인 경우 (index 4 선택)
    • AC 의 값이 BUS 에 그대로 올라온다.
    • 이때 DR 과 AC 의 Load가 동시에 1이 되면, BUS 에 올라온 AC 값이 그대로 DR 의 Input 으로 전송.
    • 또한 DR 은 Adder 의 AND logic 을 통해 AC 에 연결되어 있으므로 만약 Adder 의 Selection Signal 이 No Change, 즉 그대로 전송하는 기능을 선택하고 있다면 AC 에 DR 의 Output 이 그대로 전송됨.
  • 위와 같은 과정에 의해 하나의 Clock 시간동안 DR 과 AC 의 값의 교환이 발생할 수 있다. (사진과 같은 설계를 가정한 특수한 경우)



Instruction Format

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명령어는 다음과 같은 세 가지 종류가 존재하며 각 종류에 따라 정의하는 Field 의 내용이 달라짐.

  • Memory 참조 명령어
    • I 의 값 (0 or 1) 에 따라 직접 주소인지, 간접 주소인지 판별.
    • Opcode (3 Bit - 000 ~ 110) 에 따라서 명령어의 종류가 달라짐.
    • 나머지 12 Bit (Address) 는 피연산자의 주소를 나타냄.
  • Resgister 참조 명령어
    • I Bit 값이 0, Opcode 가 111 인 경우
    • 나머지 Field (12 Bit) 가 각 명령어의 종류가 됨.
  • I/O 명령어
    • I Bit 값이 1, Opcode 가 111 인 경우
    • 나머지 Field (12 Bit) 가 각 명령어의 종류가 됨.

실제 명령어의 구성을 보면 다음과 같다.
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지식 공유 및 기록을 위한 컴퓨터 구조 개인 학습 포스트입니다. 피드백은 항상 환영합니다! 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.



처음으로~

Task Lists

  • Instruction Codes
  • 명령어의 형식 (16-Bit Computer)
  • Effective Address (유효 주소)
  • 유효 주소 사용 예시
  • Computer Registers
  • List of Registers
  • Data 의 이동 - Bus System
  • Instruction Format

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