Micro-programmed Control - Example

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Micro-programmed Control 예시

좌측 하단 회로: 전체 하드웨어 구조 / 우측 하단 회로: Control Unit 의 상세 구조
우측 상단 값: Memory 의 주소 - 저장된 값

1. Micro-program 분석

Memory 의 크기: 2048 x 16

명령어 : 1000 0000 1000 0000 (16-bit)

I bit = 1 (1-bit)

Opcode = 0000 (4-bit)

Address = 000 1000 0000(11-bit)

Memory 의 크기는 2^(address bit 크기) * 명령어의 bit 크기

2^11 * 16 = 2048 x 16 bit

AR, PC 의 크기: 명령어의 주소를 저장하므로 11 bit

DR, AC 의 크기: Data / 명령어 값을 가지는 Register - 16bit

Control Memory 의 크기

Micro-instruction 의 크기를 20 bit 로 정의

Microoperation(F1, F2, F3)

3 x 3 = 9-bit

CD = 2-bit

BR = 2-bit

AD = 7-bit

따라서, 2^(AD) * 명령어의 bit 크기

Control Memory 의 크기 : 2^7 * 20

2. Micro-program 명령어 수행 과정

PC 값 확인을 통한 현재 실행해야 하는 명령어 파악

PC = 000 0001 0000

실행해야 하는 명령어 : M[PC] = 1000 0000 1000 0000

명령어 구조 파악: 1000 0000 1000 0000

I-bit = 1 (= Indirect)

Opcode = 0000 (= ADD)

AD = 000 1000 0000

Indirect 주소(000 1000 0000)를 가진 ADD 명령어임.

Indirect 주소인 000 1000 0000 에는 0000 0001 0000 0000 이 존재.

해당 값에 의해 실제 유효 주소는 001 0000 0000 임을 알 수 있음.

유효 주소인 001 0000 0000 에는 0000 0000 0000 0101 이 저장되어 있으며, 이는 ADD 의 피연산자 값이 된다.

명령어 수행

ADD: AC <- AC + M[EA]

AC = 3

M[EA] (유효 주소에 저장된 값) = 0000 0000 0000 0101 = 5

따라서, AC 에는 3+5 연산 수행의 결과인 8이 저장됨.

명령어 수행 후: Always FETCH

모든 명령어는 수행 및 종료 후 CAR 에 FETCH 주소를 저장. (FETCH 단계로 이동)

FETCH: 1000000 (64)

예: ADD 명령어의 마지막 Microoperation

CD(00) BR(00) AD(1000000) = Unconditionally Jump to FETCH

따라서, 현재 CAR 에는 100 0000 이 저장되어 있음.

이후 FETCH 단계에서 다음 명령어를 가져오며 명령어 수행 반복.

3. FETCH 단계부터 명령어 수행 과정

FETCH(1) 수행: CAR = 100 0000

Micro-instruction: 110 000 000 00 00 1000001

Control memory 에 저장되어 수행됨.

동시에 CAR 에 연결된 Incrementer 가 CAR 값을 하나 증가.

다음 수행할 Micro-instruction 의 주소를 가지게 됨.

Incrementer <- CAR + 1 = 100 0001 (65)

F1, F2, F3 = 110, 000, 000

110 : AR <- PC

현재 PC 에 존재하던 000 0001 0000 이 AR 에 저장된다.

CD = 00, BR = 00

Unconditionally Jump (무조건 점프)

AD = 1000001

따라서 1000001 번지로 점프하여 해당 Micro-instruction 을 수행한다.

FETCH(2) 1000001 번지의 Micro-instruction 수행

Micro-instruction: 000 100 101 00 00 1000010

F1, F2, F3 = 000, 100, 101

F2 100 (Read) : DR <- M[AR]

F3 101 (PC + 1): PC <- PC + 1

CD = 00, BR = 00

Unconditionally Jump (무조건 점프)

AD = 1000010

따라서 1000010 번지로 점프하여 해당 Micro-instruction 을 수행한다.

FETCH (3) 1000010 번지의 Micro-instruction 수행

Micro-instruction: 101 000 000 00 11 0000000

F1, F2, F3 = 101, 000, 000

F1 101 : AR <- DR(0-10)

AR 에 DR 에 저장되어 있는 11-bit 의 명령어 Address field를 가져온다

CD = 00, BR = 11

BR 의 11 은 Mapping.

Mapping: 명령어의 4-bit 로 구성된 Opcode 부분을 7-bit 로 변환하여 CAR 에 저장.

Opcode = 0000

앞에 0, 뒤에 00 삽입

0 0000 00 = ADD 명령어

AD = 0000000

실제 명령어 (ADD) 수행

Micro-instruction: 000 000 000 01 01 1000011

CD = 01

I bit 참조 (I = 1인지 0인지)

현재 I bit = 1

BR = 01

Call

Return Address 저장.

현재 0000000 에 존재하는 명령을 수행 중이므로 Return Address 는 다음 수행할 명령어가 있는 0000001 이 된다.

이는 CAR(0000000) 에 연결되어 있는 Incrementer 에 의해 CAR 값이 1 증가(0000001) 되어 SBR 에 저장됨으로서 수행.

AD 로 JUMP.

AD = 1000011

따라서 1000011(67) 번지로 점프하여 해당 Micro-instruction 을 수행한다.

INDRCT (1000011, 67)

현재 Indirect 주소를 참조하였으므로 실제 유효 주소로 Jump.

Micro-instruction(INDRCT 1): 000 100 000 00 00 1000100

F2 100 (Read) : DR <- M[AR]

유효 주소를 DR 에 가져온다.

CD = 00, BR = 00

AD = 1000100 으로 Jump.

Micro-instruction(INDRCT 2): 101 000 000 00 10 0000000

F1 101 : AR <- DR(0-10)

CD = 00

BR = 01 (Return)

Unconditionally Return

SBR 에 저장되어 있는 주소(0000001)를 CAR 에 가져와 해당 주소로 돌아간다.

ADD 연산 수행 (0000001)

Micro-instruction(ADD 1): 000 100 000 00 00 0000010

F2 100 (Read) : DR <- M[AR]

M[AR(001 0000 0000)] = 0000 0000 0000 0101 (=5)

CD, BR = 00 , AD = 0000010

Unconditionally Jump Next (0000010)

Micro-instruction(ADD 2): 001 000 000 00 00 1000000

F1 001 (ADD) : AC <- AC + DR

CD, BR = 00, AD = 1000000 (64 = FETCH)

Unconditionally Jump to FETCH

ADD 연산을 수행 후 다시 FETCH 로 돌아가 다음 명령 수행 준비를 한다.