CPU 기본 명령의 마이크로 연산 실행 흐름

Execute Cycle에서 이어지는 레지스터와 메모리의 흐름

AND, ADD, LDA, STA, BUN, BSA, ISZ는 기본 CPU 명령어의 실행 과정을 보여준다. Fetch Cycle에서 읽어 온 명령어가 MBR에 들어 있는 상태에서, Execute Cycle은 주소를 정하고 메모리에 접근한 뒤 연산이나 저장을 수행한다.

3사이클 마이크로 연산 명령은 Execute Cycle에서 정확히 3개의 마이크로 연산으로 실행되는 기본 명령어 집합이다. 실행 조건은 F=1, R=0이며, 논리 연산·산술 연산·데이터 전송·제어 전송 명령이 이 흐름에 포함된다.

AND 명령은 누산기(Accumulator)와 메모리의 내용을 논리곱하고, 결과를 누산기에 저장한다.

AC ← AC ∧ M[AD]

AC = 1101 ∧ 1010 = 1000이 된다.

ADD 명령은 AC와 메모리 오퍼랜드를 더한 값을 AC에 저장한다.

AC ← AC + M[AD]

덧셈 결과는 Carry, Zero, Sign, Overflow 플래그에 영향을 준다. 자리올림이 발생하면 Carry가 설정되고, 결과가 0이면 Zero, 음수이면 Sign, 부호 있는 오버플로우가 발생하면 Overflow가 설정된다.

LDA는 메모리 내용을 누산기로 가져오는 명령이다.

AC ← M[AD]

T2에서는 AC를 0으로 초기화한 뒤 MBR 값을 더하는 방식으로 로드하며, 이는 하드웨어 재사용을 위한 구현이다.

STA는 AC의 값을 메모리에 기록한다.

M[AD] ← AC

BUN은 PC에 특정 주소를 전달하는 무조건 분기 명령이다.

PC ← MBR[AD]

사이클	마이크로 연산	설명
T0	PC ← MBR[AD]	명령어의 주소를 PC에 직접 전송

메모리 접근이 필요하지 않아 1사이클만 필요하다.

BSA는 복귀 주소를 저장하고 서브루틴으로 제어를 넘긴다.

M[AD] ← PC
PC ← AD + 1

ISZ는 메모리 값을 1 증가시킨 뒤, 그 값이 0이면 현재 명령을 SKIP한다. 루프 카운터 구현에 사용된다.

M[AD] ← M[AD] + 1
IF M[AD] = 0 THEN PC ← PC + 1

AND와 ADD는 논리·산술 연산을, LDA와 STA는 데이터 전송을, BUN·BSA·ISZ는 제어 흐름 변경을 맡는다. 이런 기본 명령어의 조합으로 복잡한 프로그램이 구성되며, 현대 RISC 아키텍처의 기본 개념도 단순하고 규칙적인 명령어 설계에서 출발한다.