1. 제어 유니트의 기능
- 명령어 코드의 해독
- 명령어 실행을 위한 제어 신호 생성
CPU 내에서 **명령어 사이클(인출 → 간접 → 실행 → 인터럽트)**이 순차적으로 수행되도록 제어 신호를 발생시킴.
- 마이크로연산(Micro-operation): 하나의 명령어 실행 과정에서 수행되는 가장 작은 동작 단위 (ex. MAR ← PC)
- 마이크로명령어(Microinstruction): 마이크로연산을 2진 비트로 표현한 것 (제어 단어)
- 마이크로프로그램(Microprogram): 마이크로명령어들의 집합
- 루틴(Routine): CPU 기능별로 정의된 마이크로프로그램 단위
즉, CPU 클록 주기마다 서로 다른 마이크로-연산이 수행됨.
2. 제어 유니트의 구조
| 구성 요소 | 기능 설명 |
| 명령어 해독기 | IR의 연산 코드 해독 → 루틴 시작 주소 결정 |
| CAR (제어 주소 레지스터) | 현재 또는 다음 마이크로명령어의 주소 저장 |
| 제어 기억장치 (ROM) | 마이크로프로그램 저장 공간 |
| CBR (제어 버퍼 레지스터) | 제어 기억장치에서 읽어온 마이크로명령어 임시 저장 |
| SBR (서브루틴 레지스터) | 서브루틴 호출 시 원래 CAR 값 저장 |
| 순서제어 모듈 | 마이크로명령어 실행 순서 결정 |
- 제어 기억장치는 ROM 형태이며, 마이크로명령어의 루틴들을 저장.
- 사상(Mapping): 연산 코드를 통해 실행 루틴의 시작 주소를 결정하는 방식
⮕ 주소 형식: 1xxxx00 (최상위 비트는 1, 다음 4비트는 연산 코드)
3. 마이크로명령어 형식
| 필드 | 설명 |
| 연산 필드 1, 2 | 동시에 2개의 마이크로연산 수행 가능 |
| 조건 필드 (CD) | 분기 조건 지정 (U, I, S, Z) |
| 분기 필드 (BR) | 분기 방식 (JMP, CALL, RET, MAP) |
| 주소 필드 (ADF) | 분기 시 이동할 주소 값 |
1) 연산 필드 1,2 의 마이크로-연산들
2) 조건 필드의 마이크로-연산들(CD)
3) 분기 필드의 마이크로-연산들(BR)
- 수직적 마이크로프로그래밍: 연산 필드 값은 코딩되어 있고, 디코더를 통해 제어 신호 확장 (용량 ↓, 속도 ↓)
- 수평적 마이크로프로그래밍: 연산 필드 값이 제어 신호와 1:1 대응 (속도 ↑, 용량 ↑)
4 마이크로프로그래밍
1) 인출 사이클 루틴 (Fetch Cycle Routine)
- 기억장치에서 명령어를 읽어와 IR에 적재하는 과정
| 마이크로명령어 | CD(조건 필드) | BR(분기 필드) | ADF(주소 필드) | 연산 내용 |
| PCTAR | U | JMP | NEXT | MAR ← PC |
| READ, INCPC | U | JMP | NEXT | MBR ← M[MAR], PC ← PC + 1 |
| BRTIR | U | MAP | - | IR ← MBR + 실행 루틴으로 분기 |
2) 간접 사이클 루틴 (Indirect Cycle Routine)
- 명령어에 포함된 주소가 실제 오퍼랜드의 주소가 아닌 포인터일 경우 → 유효 주소를 읽어오는 사이클
| 마이크로명령어 | CD(조건 필드) | BR(분기 필드) | ADF(주소 필드) | 연산 내용 |
| IRTAR | U | JMP | NEXT | MAR ← IR(addr) |
| READ | U | JMP | NEXT | MBR ← M[MAR] |
| BRTIR | U | RET | - | IR(addr) ← MBR + 호출한 실행 루틴으로 복귀 |
3) 실행 사이클 루틴 (Execution Cycle Routine)
- 명령어에 따라 실제 연산이 수행되는 루틴
- 명령어별 시작 주소는 사상(MAP) 방식으로 결정됨
(예: ADD → 76번지, LOAD → 68번지)
예시) X = A + B 연산이 있을 때:
| 명령어 | 설명 |
| ADD | AC ← AC + MBR |
| STORE | M[X] ← AC |
| LOAD | AC ← M[A] |
4.5 마이크로프로그램의 순서제어
- 제어 유니트는 각 마이크로명령어의 분기 조건(CD), 분기 타입(BR), 주소 필드(ADF)를 기반으로 다음 실행 주소 결정
| BR(분기 필드) | CD(분기 조건 필드) | MUX1 선택 | SBR | CAR로 적재한 주소 | 설명 |
| 00 | 0 | 0 | - | CAR ← CAR + 1 | 조건 불충족 |
| 00 | 1 | 1 | - | CAR ← ADF | 조건 만족 시 분기 |
| 01 | 1 | 1 | ✔ | SBR ← CAR+1, CAR ← ADF | 조건 만족 시 서브루틴 호출 |
| 10 | - | - | - | CAR ← SBR | 서브루틴 복귀 |
| 11 | - | - | - | CAR ← 1XXXX00 | 사상(MAP) 주소로 분기 |
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