[컴퓨터구조] 제어 유니트 (Control Unit)

컴퓨터구조론(생능출판사) 4장 - 제어 유니트

 

제어 유니트의 기능

 

1. 명령어 코드의 해독

2. 명령어 실행에 필요한 제어 신호들 발생

 

- 마이크로명령어(micro instruction) : 명령어 사이클의 각 주기에서 실행되는 마이크로-연산들에 대응되는 비트들로 이루어진 단어

- 마이크로프로그램(microprogram) : 마이크로명령어들의 집합

- 루틴(routine) : CPU의 특정 기능을 수행하기 위한 마이크로명령어들의 그룹

 

 

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제어 유니트의 구조

제어 유니트의 내부 구성도

- 명령어 레지스터 -> 명령어 해독기 -> 제어 주소 레지스터(CAR) ( -> SBR) ->  제어 기억 장치 -> 제어 버퍼 레지스터(CBR) ( -> 순서 제어 모듈 -> CAR)  -> 해독기

 

 

명령어 해독기(instruction decoder)

- 명령어 레지스터로부터 들어오는 명령어의 연산 코드를 해독하여 해당 연산을 수행하기 위한 루틴의 시작 주소를 결정

 

제어 주소 레지스터(control address register: CAR)

- 다음에 실행할 마이크로명령어의 주소를 저장

 

제어 기억장치(Control memory) -> ROM으로 구성

- 마이크로프로그램을 저장

 

제어 버퍼 레지스터(Control buffer register: CBR)

- 마이크로명령어를 일시적으로 저장

 

서브루틴 레지스터(subroutine register: SBR)

- 마이크로프로그램에 서브루틴이 호출되는 경우, 현재의 CAR내용을 일시적으로 저장

 

순서 제어 모듈(Sequencing Module)

- 마이크로 명령어의 실행 순서 결엊

 

 

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CPU의 명령어 세트 설계 과정

1) 명령어들의 종류와 비트 패턴을 정의

2) 명령어들의 실행에 필요한 하드웨어를 설계

3) 각 명령어를 위한 실행 사이클 루틴을 마이크로프로그래밍함

 

 

제어 기억 장치 -> CPU 칩 내에 포함되는 ROM으로 만들어짐

- 공통 루틴들(인출, 간접, 인터럽트 사이클

- 실행 사이클 루틴

 

 

명령어 해독을 하기 위해 사용되는 방법

사상(mapping) : 명령어 해독기가 연산 코드를 이용해 제어 기억장치 내 해당 실행 사이클 루틴의 시작주소를 찾는(명령어를 해독하는) 과정

- 명령어의 연산 코드를 특정 비트 패턴과 혼합시킴으로써 그 연산의 수행에 필요한 실행 사이클 루틴의 시작 주소를 찾아냄

 

 

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마이크로 명령어의 형식

 

- 연산필드 (2개인 경우, 두 개의 마이크로0연산들이 동시에 수행될 수 있음)

- 조건(CD) 필드: 분기에 사용될 조건 플래그 지정

- 분기(BR) 필드: 분기의 종류와 다음에 실행할 마이크로명령어의 주소를 결정하는 방법 명시

- 주소(AD) 필드: 분기가 발생하는 경우를 위해 목적지 마이크로명령어의 주소를 가짐

 

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- 연산필드 1 에 위치한 마이크로-연산들

- 연산필드 2 에 위치한 마이크로-연산들

 

- 조건 필드

 

 

- 분기 필드

 

 

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마이크로프로그래밍

 

 

- 인출 사이클 루틴의 마이크로 명령어 루틴

- 간접 사이클 루틴의 마이크로 명령어 루틴

 

- 실행 사이클 루틴

- 사상방식 이용

 

 

 

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마이크로프로그램의 순서제어

- 순서제어(sequencing): 다음에 실행할 마이크로명령어의 주소 결정

- CAR의 초깃값 = 0

 

MUX1

 

MUX2

 

순서 제어 회로가 포함된 제어 유니트의 구성도

 

 

주소 선택 회로의 입력 및 출력 신호들

 

주소 선택 방법

 

 

제어 신호의 생성

 

(1) 수직적 마이크로프로그래밍 (Vertical Microprogramming)

(2) 수평적 마이크로프로그래밍(Horizontal Microporgramming)