Micro-programmed Control - Control Memory, Control Address Register (CAR), Address Sequencing

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Control Memory

Micro-program 의 전반적인 모습 및 구성요소

Hard-wired Control vs Micro-programmed Control

Hard-wired Control : 회로로서 Control 이 설계되어 있음.

• ADD 라는 Control 을 위해서 각 Timing signal (T_0 ~ T_5) 에 적절한 Micro-operation 을 수행하도록 회로를 설계.

• 모든 Control 이 Hardware 적으로 설계되어 있음.

  
  
  Micro-programmed Control : Micro-program 에 의해 Control 이 설계됨.
  

• Control 을 위한 Memory (Control Memory) 가 따로 존재.
  • Control Memory : Micro-program 들이 적재되는 Memory.
    • Micro-program 을 구성하는 각각의 명령어를 Micro-instruction 이라고 한다.
  • Control Memory 내부에 존재하는 Micro-program 에 의해 각각의 명령어가 수행되도록 함.
• Control Memory 는 Control word 를 출력.
  • Control word : 해당 Clock 에서 어떠한 Micro-operation 을 수행할지 선택하는 Control Signal 의 조합
    • Control variable : Micro-operation 을 구체화하여 분류.

General Configuration of a Micro-programmed Control Unit

1. Control Memory
   • Cotrol 을 위한 Micro-program 들이 적재되어 있는 Memory
2. Control Address Register (CAR)
   • Control Memory 내부에 적재되어 있는 각 Micro-instruction 이 존재하는 주소를 가지고 있는 Register.
   • 이전에 배운 AR 과 비슷한 기능을 함.
   • 동작 과정
     1. Address Sequencer 에 의해 다음 실행할 Micro-instruction 의 주소가 결정.
     2. 해당 주소가 Control Address Register 에 저장됨.
     3. Control Memory 가 Control Address Register 에 저장되어 있는 주소를 참조하여 해당 주소에 저장되어 있는 Micro-instruction 을 Control Data Register 에 저장.
     4. Control Data Register 에 저장된 것이 곧 Control Word 로서 저장.
        • 즉, Control word == Micro-operation

Address Sequencing

Micro-instruction 이 모여 Micro-program 이 되고, Micro-program 이 모여 Control Memory 를 구성한다.

• Address Sequencing :
  • 이때 어떠한 Micro-instruction 을 수행하기 위해 해당 주소를 어떻게 지정할 것인지에 대한 전략.

Micro-program Routine

각각의 Micro-instruction 은 Micro-program Routine 을 가지고 있다.

• ADD 의 경우에는 NOP -> READ -> ADD 라는 Routine 을 가짐.

각 Micro-instruction 수행 과정

1. FETCH
2. 해당 명령어에 필요한 유효 주소 결정
3. 명령어 실행 후 FETCH 로 돌아감

Address Sequencing : 4가지 방법

1. Increment of CAR

Program Counter 를 하나 증가시키는 것과 비슷한 원리.

• Control Memory 에 있는 Micro-program 을 순차적으로 수행.

2. Conditional Branching

특정 명령어 수행 중 조건 충족 시 지정된 특정 명령어로 점프하는 것.

• Control Memory 에서 Branch address Line 을 통해 해당 주소를 CAR 에 저장.

3. Mapping from Instruction

해당 명령어의 실행 첫 부분에 Control Memory 의 번지 수를 지정

• Micro-instruction 의 Code 일부분을 토대로 해당 Instruction 의 Address 로 변환하는 방법.

Control Memory, CAR 의 범위는 7 Bit 로 설정.

• Micro-instruction 의 Opcode (4 bit) 를 7 bit 로 변환해야 한다.
  • 기존 Opcode 에 최상위 비트 0 1개, 하위 비트 0 2개를 추가.
    
    
    • 이 경우 위 사진과 같이 하위 비트 경우의 수 만큼 해당 명령어의 주소 범위가 생성됨.
  • 이렇게 생성된 Address 를 해당 명령어가 포함된 Routine 의 첫번째 주소로 지정.

4. Subroutine Call and Return

Conditional Branching 등에 의해 특정 명령어로 점프했을 경우 돌아올 주소를 Subroutine Register 에 저장.

• Subroutine Reguster 에 저장되어 있는 돌아올 주소를 꺼내 CAR 에 넣는 것.

지식 공유 및 기록을 위한 컴퓨터 구조 개인 학습 포스트입니다. 피드백은 항상 환영합니다! 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

처음으로~

Task Lists

• Control Memory
• Hard-wired Control vs Micro-programmed Control
• General Configuration of a Micro-programmed Control Unit
• Address Sequencing
• Micro-program Routine
• 각 Micro-instruction 수행 과정
• Address Sequencing : 4가지 방법
• 1. Increment of CAR
• 2. Conditional Branching
• 3. Mapping from Instruction
• 4. Subroutine Call and Return