Micro-programmed Control - Micro-Instruction Format, Symbols and Binary Code for Microoperation Fields, Symbolic Micro-Program

5 minute read

Micro-program Example

Instruction Format

Instruction format (Memory, 즉 Main Program 에 적재됨)

I Bit : 1-bit

Opcode : 4-bit

Address : 11-bit

4 개의 Computer Instruction 정의 (EA = Effective Address, I = 0)

ADD

Opcode 가 0000 인 경우

AC <- AC + M[EA]

Mapping 시 명령어의 시작 주소 (7-bit 로 변환): 0 0000 00

BRANCH

Opcode 가 0001 인 경우

IF (AC < 0) then (PC <- EA)

Mapping 시 명령어의 시작 주소 (7-bit 로 변환): 0 0001 00

STORE

Opcode 가 0010 인 경우

M[EA] <- AC

Mapping 시 명령어의 시작 주소 (7-bit 로 변환): 0 0010 00

EXCHANGE

Opcode 가 0011 인 경우

AC <- M[EA], M[EA] <- AC

Mapping 시 명령어의 시작 주소 (7-bit 로 변환): 0 0011 00

Micro-Instruction Format

Micro-instruction format (Control Memory 에 저장됨 - Micro program 을 구성하는 명령어)

총 20-bit 로 구성

Micro-instruction 의 Field

Function Field (Microoperation field)

F1, F2, F3

최상위 9-bit

F_i = 000 인 경우 아무 동작도 수행하지 않는다.

Condition for Branching (BRANCH 를 위한 조건 필드)

CD

2-bit

Branch Field

BR

2-bit

Address Field

AD

7-bit

Micro-instruction 의 Function Field 가 세 개

하나의 Micro-instruction 은 동시에 최대 세 개의 Microoperation 수행 가능.

Microoperation (F1, F2, F3) 이 끝난 후 CD, BR, AD 에 의해 어느 번지에 있는 것을 수행 할 지 정해진다.

Symbols and Binary Code for Microoperation Fields

F Field 정의 (Function Field)

CD Field 정의 (Condition field)

00 인 경우

조건 : always 1 (참)

Unconditional Branch 수행

BR 과 AD bit 를 참조하여 점프

01 인 경우

조건 : DR(15)

Data Register 의 최상위 bit 를 의미.

Instruction Register 가 따로 존재하지 않으므로 명령어를 DR 에 저장.

따라서 명령어의 최상위 비트 I 를 참조하여 Direct / Indirect Address 를 구분.

조건이 참 (DR(15) = 1) 이면 I = 1 이므로 해당 명령어는 Indirect Address.

거짓이면 Direct Address.

명령어의 최상위 비트 I 참조를 수행

10 인 경우

조건 : AC(15)

Accumulator 의 최상위 bit 를 참조.

Accumulator 의 최상위 비트는 부호를 의미함. (= Sign bit)

0: 양수

1: 음수

11 인 경우

조건 : AC = 0

Accumulator 자체의 값을 참조

AC 값이 0 이면 참.

BR Field 정의 (Branch Field)

BR 의 Function은 전부 CAR 값을 변경하는 것.

CAR 에는 Control Memory 에 적재되어 있는 Micro-instruction 의 주소가 저장되어 있음.

어떠한 Micro-instruction 을 수행할 것인지 결정하는 것.

00 인 경우 : Jump

조건 field 가 1이면 AD(Address field) 로 Jump.

CAR <- AD

Jump 를 수행.

Return Address 를 고려하지 않음.

조건이 0 인 경우 CAR <- CAR + 1 수행

다음 명령어를 수행.

01 인 경우 : Call

조건 field 가 1이면 Subroutine 으로 Jump.

CAR <- AD, SBR <- CAR + 1

Return Address 를 SBR 에 저장해놓은 후 Jump.

조건이 0 인 경우 CAR <- CAR + 1 수행

다음 명령어를 수행

10 인 경우 : Return

Return Address 로 Jump.

CAR <- SBR (return from subroutine)

Subroutine Register 에 저장되어 있는 Return Address 를 CAR 에 저장.

11 인 경우 : Mapping

Micro Instruction 의 14 ~ 11 bit (Opcode) 를 CAR(7-bit) 에 넣기 위해서 Mapping 하는 과정.

Opcode 의 앞에 1 bit(0), 뒤에 2 bit(00) 를 추가. (0 Opcode 00)

CAR(2-5) <- DR(11 - 14), CAR(0, 1, 6) <- 0

Symbolic Micro-Program

FETCH Routine

3개의 Micro-instruction 에 의해 Fetch 가 수행된다.

Mapping 과정 수행
[FETCH]

AR <- PC

DR <- M[AR], PC <- PC + 1

AR <- DR(0-10), Mapping (CAR(2-5) <- DR(11-14), CAR(0, 1, 6) <- 0)

FETCH 수행 과정의 실제 Binary 값

ORG 64 : FETCH 를 수행하는 시작 번지를 나타냄.
NEXT : 다음 번지를 나타냄.

Table

ORG 64

LABEL	F SYMBOL	CD	BR	Address
FETCH	PCTAR	U	JMP	NEXT
	READ, INCPC	U	JMP	NEXT
	DRTAR	U	MAP

Table 과 위 표를 참조하여 아래와 같이 FETCH 수행 과정의 실제 Binary 코드가 어떻게 존재하는지 알 수 있다.

LABEL	F SYMBOL	Control Memory Address	F1	F2	F3	BR	Address Field
FETCH	PCTAR	1000000	110	000	000	00	1000001
	READ, INCPC	1000001	000	100	101	00	1000010
	DRTAR	1000010	101	000	000	11	0000000

다음과 같이 Control Memory 의 각 주소에는 각 F1 ~ Address Field 의 총 20 bit 가 저장된다.

Control Memory(1000000) : 110 000 000 00 00 1000001

Control Memory(1000001) : 000 100 101 00 00 1000010

Control Memory(1000010) : 101 000 000 00 11 0000000

ADD Routine

Table

ORG 0, INDRCT 67

LABEL	F SYMBOL	CD	BR	Address
ADD	NOP	I	CALL	INDRCT
	READ	U	JMP	NEXT
	ADD	U	JMP	FETCH

FETCH 와 마찬가지로 Table 과 위 표를 참조하여 다음과 같이 실제 Binary 값을 알 수 있다.

LABEL	F SYMBOL	Control Memory Address	F1	F2	CD	BR	Address Field
ADD	NOP	0000000	000	000	01	01	1000011
	READ	0000001	000	100	00	00	0000010
	ADD	0000010	001	000	00	00	1000000

NOP: Indirect Address 의 최상위 bit 가 1 이므로 CD = 1 이 되어 CALL(1) : CAR <- AD, SBR <- CAR + 1 을 수행.

다음 명령어를 수행하게 된다. (0000001)

ADD ERROR 예방

Control Memory Address 는 0 0000 00 부터 0 0000 11 까지 총 4개의 Microoperation 을 수행할 수 있으나, 위 ADD 연산에서는 3가지의 Microoperation 만 정의되어 있음.

Error 가 발생하여 0 0000 11 이 호출되는 경우를 대비하여 일반적으로 남는 Microoperation 단계는 아래와 같이 FETCH 단계로 무조건 점프하는 Microoperation 을 정의해두는 것이 좋다.

LABEL	F SYMBOL	Control Memory Address	F1	F2	CD	BR	Address Field
ADD	NOP	0000000	000	000	01	01	1000011
	READ	0000001	000	100	00	00	0000010
	ADD	0000010	001	000	00	00	1000000
	ERROR	0000011	000	000	00	00	1000000

0000011 이 호출된 경우

F(1~3) : No Operation

CD : Unconditionally

BR : Jump

AD : FETCH

Design of Control Unit

각 Control Unit 에 대한 하드웨어 설계 예시

Function (F1 ~ F3)

Decoding of F fields

F1 ~ F3 를 3 x 8 Decoder 를 통해 Decode 하는 Logic 설계 필요.

Arithmetic Logic Shift Unit 설계 필요.