CPU 상태

Major State

• 정의
  - CPU의 상태를 나타내며 Fetch, Indirect, Execute, Interrupt의 상태가 있음
  - 4가지 단계를 반복적으로 거치며 동작을 수행
  - Major Cycle 또는 Machine Cycle이라고도 함
  
  
• 특징
  - Major State Register를 통해 알 수 있음
  

Fetch (인출 단계)

• 정의
  - 명령어를 주기억장치에서 IR(명령 레지스터)로 가져와 해독하는 단계
  
  
• 특징
  - 해석된 명령어가 1Cycle 명령이면 이를 수행한 후 다시 Fetch Cycle로 변천
  - 1Cycle 명령이 아니면 해석된 명령어의 Mode bit에 따라 직접주소와 간접주소를 판단
  "Mode bit 0 : 직접주소, Execute 단계로 변천"
  "Mode bit 1 : 간접주소, Indirect 단계로 변천"
  
  
• 순서
  

MAR <- PC	PC에 있는 번지를 MAR에 전송
MBR <- M[MAR]  PC <- PC + 1	MAR이 지정하는 위치의 값을 MBR에 전송  다음에 실행할 명령의 위치를 지정하기 위해 PC의 값을 1증가
IR <- MBR[OP]  I <- MBR[I]	명령어의 OP Code 부분을 IR에 전송  * 현재 MBR에는 주기억장치에서 읽어온 명령이 있음  명령어의 모든 비트를 플립플롭 I에 전송
F <- 1 또는 R <- 1	I가 0이면 플립플롭 F에 1을 전송하여 Execute 단계로 변천  I가 1이면 플립플롭 R에 1을 전송하여 Indirect 단계로 변천

Execute (실행 단계)

• 정의
  - Fetch 단계에서 인출하여 해석한 명령을 실행하는 단계
  - Flag Register의 상태 변화를 검사하여 Interrupt 단계로 변천할 것인지를 판단
  
  
• 특징
  - Interrupt 요청 신호를 나타내는 Flag Register의 변화가 없으면 Fetch 단계로 변천
  
  
• 예시 (ADD 연산 수행)
  

MAR <- MBR[AD]	MBR에 있는 명령어의 번지 부분을 MAR에 전송  * 현재 MBR에는 Fetch 단계에서 읽어온 명령어가 들어 있음
MBR <- M[MAR]	MAR이 지정하는 위치의 값을 MBR에 전송
AC <- AC + MBR	누산기의 값과 MBR의 값을 더해 누산기에 전송  * 실질적인 ADD 연산이 이루어지는 부분
F <- 0 또는 R <- 1	* 실행 단계는 F와 R의 플립플롭 상태가 F=1, R=0임  F에 0을 전송하면 F=0, R=0이 되어 Fetch 단계로 변천  R에 1을 전송하면 F=1, R=1이 되어 Interrupt 단계로 변천

Indirect (간접 단계)

• 정의
  - Fetch 단계에서 해석된 명령어의 주소부가 간접주소인 경우 수행
  - 간접주소일 때, 유효주소를 계산하기 위해 다시 Indirect 단계를 수행
  - 간접주소가 아닐 때, 명령어에 따라 Execute 단계 또는 Fetch 단계로 이동할지 판단
  
  
• 순서
  

MAR <- MBR[AD]	MBR에 있는 명령어의 번지 부분을 MAR에 전송
MBR <- M[MAR]	MAR이 지정하는 위치의 값을 MBR에 전송
	동작 없음
F <- 1  R <- 0	F에 1, R에 0을 전송하여 Execute 단계로 변천

Interrupt (인터럽트 단계)

• 정의
  - 인터럽트 발생 시 복귀주소(PC)를 저장시키고, 제어순서를 인터럽트 처리 프로그램의 첫 번째 명령으로 옮기는 단계
  
  
• 특징
  - 인터럽트 단계를 마친 후에는 항상 Fetch 단계로 변천
  - Interrupt가 발생할 때만 실행되어 다른 일을 처리하고 돌아오기 때문에 H/W로 실현되는 서브루틴의 호출이라고도 함
  
  
• 순서
  

MBR[AD] <- PC  PC <- 0	PC가 가지고 있는 명령의 주소를 MBR의 주소 부분으로 전송  복귀주소를 저장할 0번지를 PC에 전송
MAR <- PC  PC <- PC + 1	PC가 가지고 있는 값 0번지를 MAR에 전송  인터럽트 처리 루틴으로 이동할 수 있는 인터럽트 벡터의 위치를 지정하기 위해 PC의 값을 1 증가
M[MAR] <- MBR  IEN <- 0	다음에 실행할 명령의 주소를 메모리의 MAR이 가리키는 위치인 0번지에 저장  인터럽트 단계가 끝날 때까지 다른 인터럽트가 발생하지 않게 IEN에 0을 전송
F <- 0  R <- 0	F에 0, R에 0을 전송하여 Fetch 단계로 변천

주요 명령 마이크로 오퍼레이션

• ADD ( AC <- AC + M[AD] )
  

MAR <- MBR[AD]	MBR에 있는 명령어의 번지 부분을 MAR에 전송
MBR <- M[MAR]	MAR이 지정하는 위치의 값을 MBR에 전송
AC <- AC + MBR	누산기의 값과 MBR의 값을 더해 누산기에 전송



• LDA ( AC <- M[AD] )
  

MAR <- MBR[AD]	MBR에 있는 명령어의 번지 부분을 MAR에 전송
MBR <- M[MAR]  AC <- 0	MAR이 지정하는 위치의 값을 MBR에 전송  AC에 0을 전송하여 AC를 초기화
AC <- AC + MBR	메모리에서 가져온 MBR과 AC를 더해 AC에 전송  * 초기화된 AC에 더해지므로 메모리의 값을 AC로 불러오는 것



• STA ( M[AD] <- AC )
  

MAR <- MBR[AD]	MBR에 있는 명령어의 번지 부분을 MAR에 전송
MBR <- AC	AC의 값을 MBR에 전송
M(MAR) <- MBR	MBR의 값을 메모리의 MAR이 지정하는 위치에 전송



• BSA
  

MAR <- MBR[AD]  MBR[AD] <- PC  PC <- MBR[AD]	MBR에 있는 명령어의 번지 부분을 MAR에 전송  * MBR[AD]는 복귀주소가 저장될 위치이면서 부프로그램이 시작되기 바로 전 번지  PC의 값(복귀주소)를 MBR의 주소부분으로 전송  * 복귀주소를 저장하기 위한 준비단계  MBR의 주소 부분을 PC로 전송  * 부프로그램이 시작되기 바로 전 주소를 PC에 전송
M[MAR] <- MBR[AD]	MBR에 있는 명령어의 번지 부분을 MAR이 가리키는 위치에 전송  * 부프로그램이 시작되기 바로 전 주소에 복귀주소를 저장
PC <- PC + 1	PC의 값을 1 증가  * 부프로그램의 시작