5주차 - 명령어 사이클 (컴퓨터 처리)

수강일시 :12월 29일

출처:  kmooc 컴퓨터구조

 

3주차: cpu가 기억장치에 저장되어있는 명령어를 인출하고 실행하는 과정을 설명할 수 있다.

컴퓨터 처리라는 작업을 단계별로 세분화 하여 기능들을 학습함으로서 cpu의 전체적인 처리과정을 설명할 수 있다.

 

명령어 싸이클

명령어 인출-> 해독-> 실행(데이터 인출, 처리, 저장) ->반복

명령어 싸이클은 cpu가 프로그램 실행을 종료하거나 반복불가능한 상황이 발생할때 까지 반복한다.

 

인출 명령어 싸이클은 클럭주기에 따라 반복된다.

인출 사이클의 마이크로연산

t0: MAR <- PC

pc의 주소값을 내부버스를 통해 mar로 전송

t1: MDR <- M[MAR], PC<- PC+1  같은 t1동안 각자 발생

주소값이 지정하는 주소로부터 읽혀진 명령어를 데이터버스를 통해 mdr에 저장하고 pc값을 워드길이만큼 더한다.

t2: IR <-> MDR

mdr에 있는 명령어가 명령어 레지스터인 ir로 전송된다

 

 

명령어 실행 사이클

명령어 종류

LOAD 명령어 싸이클 흐름도

위에서 명령어를 t2까지 IR으로 가져왔으므로

t3: MAR<-IR(addr)

IR에 있는 명령어 오퍼랜드를 MAR로 전송한다.

t4: MDR <- M[MAR]

주소값이 지정하는 주소로부터 읽혀진 데이터를 데이터 버스를 통해 MDR에 저장한다

t5: AC <-MDR

MDR에 있는 데이터가 AC로 저장된다.

 

ADD명령의 경우

 

IR에서 MAR로 보내고 데이터를 가져와서 MDR로 가져온다. ALU에서 AC에있던 데이터와 MDR로 가져온 데이터를

ALU에서 더해 AC로 다시 저장하게 된다.

 

 

간접사이클의 경우

 

간접사이클은 주소가 저장되어있을경우의 사이클이다.

IR에 이 addr 정보를 가지고 다시 한 번 그 데이터를 찾아가는 과정이다.

IR에 있는 주소 정보가 메모리에서 어떤 데이터를 가지고 와서 MAR에 그 값을 보낸다. MAR이 지정한 메모리 주소를 참조하여 데이터가 MDR을 통해서 다시 IR 레지스터에 있는 주소 정보로 들어간다.

 

(예제)

load 위에서 본것같이 인출에 t0 t1 t2의 3클럭 ,실행에도 3클럭필요

간접사이클을  추가하였으므로 총9클럭.

ADD도 동일하게 9클럭

STORE의경우 간접사이클이 없으므로 6클럭

JUMP사이클은 실행에 1클럭필요하므로 총 4클럭

28클럭이 소요되는데 cpu클럭이 2GHz이므로 2x10^9번 진동한다. 따라서 1클럭에 0.5ns가 소요되므로 총 14ns가 필요하다