7. 제어장치 ( micro programming )

<< 명령사이클 >>

㉠ 머신(메이져, 메크로)사이클 

- 제어장치가 기억장치에서 한 address 씩 읽어 해독하기위한 시간을 만든시간 (즉, 기억장치 사이클을 단위-기억장치의 접근과 결부-로 하여 사이클 동안에 무엇을 위해 기억장치에 접근하는가..)

- CPU가 무엇(ADD, BUN, AND등..)을 하는지 상태를 나타낸다

- 한 명령사이클(인출,실행,인다이렉트,인터럽트)

㉡ 마이크로 사이클(제어 사이클)

- 마이크로오퍼레이션을 수행하는데 필요한 시간. (즉, 중앙처리의 사이클타임으로써 CPU의 속도를 나타낸다.)

- 한 fetch사이클동안하는 마이크로 동작들...한 execute동안 하는 마이크로 동작들..

- 마이크로 명령어(제어워드) : 마이크로연산을 수행하기 위한 비트들의 집합

- 마이크로 프로그램 : 마이크로 연산을 수행하기 위한 마이크로 명령어들의 집합

제어장치 (마이크로 장치)

< 기능 >

마이크로 연산들을 연속적으로 수행하게 하는 신호를 생성한다. 

< 구현방법 >

① Hard-wired : 논리회로 설계방식으로 설계 

② Micro programming : 제어기억장치를 이용하여 제어장치를 구성한다. 즉 레지스터, 버스, ALU, 기억장치 등의 하드웨어 요소를 제어하는 프로그램을 Hard-wired제어장치의 복잡성을 피하는 체계적인 제어장치의 설계방법이다. 

마이크로 프로그램을 이용한 제어장치를 사용하는 컴퓨터의 메모리는 주기억장치와 제어기억장치의 2종류의 기억장치로 구성된다. 주기억장치(main memory)는 사용자가 내용을 변경시킬 수 있고 명령과 데이터를 저장하지만, 제어기억장치는 내용이 고정되어 있으며 사용자가 직접 사용할수 없다. 보통인 정적 마이크로 프로그래밍 기법은 ROM을 이용하여 저장하며, 동적마이크로프로그래밍기법은 보조기억장치에서 마이크로프로그램을 적재하는 방법으로 write할 수 있는 기억장치인 RAM-writeable control memory(WCM)을 사용한다. 

마이크로프로그래밍기법의 메모리

㉠ 주기억장치(Main Memory)

  - RAM

㉡ 제어기억장치( Control Memory)

 - RAM(WCM) : 동적마이크로프로그램

 - ROM : 정적마이크로프로그램

마이크로프로그램을 이용한 제어장치의 장점은 제어장치의 구성을 단순화 할 수 있어 구현이 용이하며 적은 비용으로 제작할 수 있고, 신뢰성이 좋은점이다. 또한 제어순서를 변경하려면 하드웨어 구성을 변경시킬 필요없이 제어기억장치의 마이크로프로그램만 수정하면 되는 장점이 있다. 

< 구성 >

다음주소생성기 (micro programming sequencer)

제어주소레지스터(CAR)

제어기억장치 (Control Memory)

제어데이터레지스터(CDR)

제어주소레지스터(CAR)는 마이크로 명령의 주소를 지정하고 다음에 실행될 마이크로 명령은 제어기억장치에서 임의로 위치할 수 있다. 따라서 마이크로 명령의 일부분을 이용하여 다음 마이크로 명령의 주소를 지정하거나 또는 외부입력에 의해 지정한다. 즉 마이크로 명령이 실행되는 동안 다음주소생성기에서 다음마이크로명령행주소가 만들어져 제어주소레지스터로 전송된다. 다음주소생성기를 마이크로프로그램시퀀서라 하며 이는 입력에 따라 다음 마이크로 명령의 주소를 판단한다. 

다음주소생성기(micro programming sequencer) - 다음마이크로 명령어의 주소 결정

1. 제어주소레지스터 1 증가 : CAR++

2. 제어기억장치로부터 추출 : 무조건 분기와 상태비트에 의한 분기

3. 외부주소 : 매크로 명명

4. 제어동작을 시작하기위해 초기주소 적재: 서브루틴호출, 복귀에 의한 분기

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주소시퀀싱

마이크로프로그램 예 

㉠ 매크로 명령어 형식(16bit)

I

Opcode

Address

(2bit / 3bit / 11bit )

㉡ 마이크로 명령어 형식(20bit)

<------opcode------><---mode---><------Address---->

F1

F2

F3

CD

BR

AD

(3bit / 3bit / 3bit / 2bit / 2bit / 7bit )

F1,F2,F3 : Micro operation field

CD : Condition for branching

BR : Branch field

AD : Address field

기호로 표시 - 심볼로 표시 - 코드로 표시(어셈블 후)