[컴퓨터 구조] 16. 제어장치 (2)

1. 마이크로프로그램 제어장치

1) 마이크로프로그램 제어장치란?

• 컴퓨터의 명령어 실행을 제어하는 역할을 수행

• 명령어 집합을 해독하고 실행하는 데 필요한 제어 신호를 생성

• 마이크로코드(하드웨어 수준에서 명령어를 해석하고 제어)를 사용하여 CPU 동작 조절

• CPU는 마이크로프로그램 제어장치를 통해 다양한 명령어를 처리하고 연산을 수행하며 데이터를 처리함

 

2) 마이크로프로그램 제어장치 구조

• 제어주소 레지스터(CAR: Control Address Register): 제어 기억장치 주소 제공

• 제어 기억장치(CM: Control Memory): 메모리에 제어 신호 저장

- 제어단어(control word): 한 개의 주소에 저장되어 있는 제어 신호

- 제어단어의 구성: {제어신호 필드, 다음주소 선택 필드}

• 제어버퍼 레지스터(CBR: Control Buffer Register): 제어 신호 필드를 시스템 클록 신호에 동기 맞춰 처리장치로 전달

• 순서제어기(Sequencer): 명령어 레지스터, 상태 레지스터, 제어단어의 다음주소 선택 필드를 조합하여 제어주소 레지스터에 적재할 다음 주소 결정

 

 

2. 마이크로프로그램 동작 제어

1) 마이크로프로그램 동작 제어

• 제어단어의 제어신호 필드를 통해 프로세서 동작을 제어

• 명령어 인출 후 실행 단계에서 간접 주소 지정 방식이 사용될 경우 간접 단계로 이동하여 기억장치에서 유효 주소 획득

 

2) 제어신호 부호화

• 프로세서의 주소지정 방식과 명령어 집합 증가 → 제어 신호 수 증가 → 제어 기억장치 용량 증가 → 제어 기억장치 폭 증가

• 제어 신호 일부를 부호화(Encoding)하여 제어 신호 폭을 감소

- 수평 마이크로프로그래밍: 제어 신호마다 한 비트를 배정

- 수직 마이크로프로그래밍: 동시에 사용하지 않는 그룹별로 제어 신호를 인코딩(부호화)하여 디코더로 풀어서 사용

 

 

3. 마이크로프로그램 순서제어

1) 마이크로 명령어의 순서제어

• 제어 기억장치에 주소를 공급하는 방법을 결정하여 **CAR(Control Address Register)**에 적재될 주소 결정

 

2) 제어 기억장치의 다음 주소

Next: CAR ← CAR + 1

• 현재 CAR + 1을 CAR에 적재

• 명령어 실행의 마지막 마이크로오퍼레이션을 제외한 단계에서 사용

 

Jump TO: CAR ← TO

• 다음 주소 필드의 값(TO)을 CAR에 적재

• 명령어 실행 단계가 끝나고 다른 단계로 이동할 때 사용

 

Jump (IR): CAR ← MAP(IR)

• 명령어 레지스터(IR)에 해당하는 제어 단어 시작 주소를 적재

• 명령어 실행 단계의 첫 번째에서 사용

 

조건 분기: If(조건) Jump TO

• 조건 만족 시 CAR ← TO, 조건 불만족 시 CAR ← CAR + 1

• 마이크로프로그램이 조건 분기를 처리할 때 사용

 

3) 순서제어 예제

• 명령어 0과 1을 실행 중, 1 실행 도중 인터럽트 발생 시 CAR(Control Address Register) 변화

 

명령어 0 실행 과정

• 명령어 인출: FET, FET+1, ..., FET+n

• 명령어 실행: EXT, EXT_INST0, ..., EXT_INST0+e0

• 실행 후: EXIT, EXIT+1

 

명령어 1 실행 과정

• 명령어 인출: FET, FET+1, ..., FET+n

• 명령어 실행: EXT, EXT_INST1, ..., EXT_INST1+e1

• 실행 후: EXIT

 

인터럽트 단계 실행 과정

• INT, INT+1, ..., INT+k

 

4) 다음 주소를 선택하는 방법

현재 출력 중인 제어단어의 다음 주소 선택 (Next)

• CAR ← CAR + 1

• 명령어 단계가 여러 개의 제어단어로 구성되고 조건 분기 처리가 없을 때 사용

 

명령어 실행 단계에서 첫 번째 제어단어의 주소 선택 (Jump(IR))

• 명령어의 첫 번째 제어단어 주소를 결정

 

조건에 따라 주소를 결정하는 조건 분기 (If(조건) Jump TO)

• 무조건 분기: 항상 참인 경우 사용

• 조건 분기: 상태 레지스터의 특정 비트를 참고하여 결정

 

5) 명령어 실행의 첫 번째 클록에서 제어기억장치 주소를 구하는 방법

• 명령어의 첫 번째 마이크로 명령어 주소 계산 방법

 

Opcode(동작코드) 기반 주소 계산

• 모든 명령어의 마이크로오퍼레이션 수가 같거나 일정한 간격으로 배치된 경우 사용

 

매핑 테이블 사용 방법

• 기억장치를 활용하여 매핑 테이블을 구현

• 명령어에 대한 제어단어가 일정한 간격으로 배치되지 않은 경우 사용

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이 내용은 휴넷사회복지평생교육원의 컴퓨터 구조 강의를 듣고 정리한 것입니다.