제어 장치의 설계

7. 마이크로 프로그램된 제어

7.4 제어 장치의 설계

- 마이크로 명령어의 각 필드

• 마이크로 명령어는 각각 독립된 기능을 가지는 여러 개의 필드(F1, F2, F3)로 구성되어 있다. 
• 각 필드는 마이크로 연산을 구동시키기 위한 제어 비트를 포함 or
• 다음에 실행될 마이크로 명령어의 주소를 결정하는 방법을 지시 or
• 분기를 위한 주소를 포함

- 제어 비트를 인코딩한 실례

• 9비트의 마이크로 연산 필드가 3비트씩 3개의 하부 필드로 구분
• 각 하부 필드는 디코딩되어 각각 서로 다른 마이크로 연산을 표시 

마이크로 연산 필드의 디코딩

• 3개의 3x8 디코더

• 마이크로 명령의 3개의 연산필드를 디코딩하여 구성
• 예) F1 = 101일 때
• DR(0-10)의 값이 AR로 전송(DRTAR)되며, 
• 예2) F=100 이면
• PC의 값이 AR로 전송(PCTAR)된다.
• 위 그림에서 보여주듯이 F1 디코더의 출력 5와 6이 AR의 로드입력에 연결된다.
• 디코더 출력 5는 멀티플렉서에도 연결이 되며 그 값이 1이면 DR을 선택, 0이면 PC를 선택한다.

• 산술 및 논리 시프트 장치를 위한 제어

• AND, ADD, DR 등으로 표시되는 제어 신호를 만들기 위하여 게이트를 사용하지 않고 마이크로 명령의 연산 필드를 디코딩한 출력을 이용

마이크로 프로그램 시퀀서

- 마이크로 프로그램된 제어장치의 기본 요소

• 제어 메모리와 다음 주소를 결정하는 회로
• 주소를 결정하는 부분은 마이크로 프로그램 시퀀서라 부른다.

- 다음 주소를 결정하는 요인

• 현재 진행중인 마이크로 명령어의 주소 비트와 상태 비트이다.
• 장치내에 레지스터 스택이 있어서 마이크로 연산의 루프나 서브루틴 호출할 때의 일시적인 주소를 저장하기도 한다. 

-마이크로 프로그램 시퀀서의 내부 구조

마이크로 연산 필드의 디코딩

- 동작

• 4개의 주소 소스 중 하나를 골라 CAR로 보내는 멀티플렉서 1과 상태비트를 선택하여 그 값을 입력논리회로에 보내는 멀티플렉서 2가 있다
• CAR의 출력은 제어 메모리의 주소를 나타낸다.
• CAR+1의 값은 멀티플렉서 입력중 하나가 되기도 하고 SBR에 전송되기도 한다.
• 멀티플렉서 1의 다른 3개의 입력은 각각 현재 진행중인 마이크로 명령어의 주소 필드, SBR의 출력 및 매크로 연산을 위한 외부 입력 등이 있다. 

- 입력 논리회로

• I0, I1, T의 입력과 S1, S0, L의 출력을 갖는다.
• S1, S0은 CAR을 위한 번지를 어디서 가져올 것인가를 선택 
• L은 SBR의 로드(load) 동작을 하게 한다.

- 입력 논리의 진리표

마이크로 프로그램 시퀀서를 위한 입력 논리 진리표

• I0과 I1 두 비트는 BR필드의 값과 같다.
• BR = 01이면 call 마이크로 명령어인데 그 동안 CAR+1의 값이 SBR에 로드된다.
• 이 진리표를 부울 대수식으로 표현하면 

S1 = I1 

S0 = I1I0 + I'1 + T 

L = I1I0T 

- 인크리먼트 회로

• 플립플롭을 사용한 것이 아니라 조합 회로이어야 한다.
• 반가산기 회로를 종속 접속하게 하여 설계할 수 있다.
• 한 스테이지의 출력 캐리는 다음 스테이지의 입력 캐리가 되어야 한다.
• 가장 처음 스테이지의 입력 캐리는 1로 고정되어야 1이 증가되는 동작을 할 수 있다.