[마이크로프로세서] 명령어 처리과정, 레지스터 동작

[마이크로프로세서] Accumulator, Flag resistor 레지스터

이번에는 다양한 명령어의 처리과정과 동작에 대해 알아보겠습니다.
전전 글에서 명령어의 크기 기준으로 1바이트, 2바이트, 3바이트 3가지 크기의 명령어가 존재했습니다.
각 크기의 명령어 예시와 처리과정, 동작 방법에 대해 더 자세히 알아보겠습니다.
명령어를 암기하기보단 처리 과정을 이해한다는 느낌으로 봐주시면 좋겠고
이전 글에서도 말했듯 마찬가지로 8085 프로세서 기준 설명입니다.

[1] 1바이트 명령어

1바이트 명령어는 OPcode 로만 구성이 됩니다.

MOV C.A 
0 1 0 0 1 1 1 1 
명령: A를 C로 옮김(복제)

해당 MOV 명령어에는 destination과 source가 존재합니다. 
밑줄 친 001이 C, 111이 A에 해당합니다.
때문에 111인 A가 source 복사대상, 001인 C가 붙여넣는 목적지가 됩니다.

 

MOV A.C 
0 1 1 1 1 0 0 1
명령: C를 A로 옮김(복제)

마찬가지로 이렇게 적용할 수도 있습니다.
다음은 ADD 명령어 입니다.
 

ADD B
1 0 0 0 0 0 0 0
명령: B와 A를 더함

이 명령어에도 source가 있는 것일까요?
네 있습니다. 끝 세자리 000이 바로 B를 가리키는 것입니다.
해당 코드에 A가 존재하지 않는 이유는 해당 프로세서는 연산 시 A와 연산하도록 고정되어 있기 때문입니다. 
A와 연산하고 저장하는 곳도 A 입니다. 
 
그럼 source가 없이 OPcode만 존재하는 것이 있을까요?

CMA
0 0 1 0 1 1 1 1
보수 변환

이 코드는 A의 보수를 저장하며 source는 없습니다. 

---

[1-1] 동작 방법

PC에 저장된 주소 데이터(16비트)가 address bus에 실립니다.
디코더를 거쳐서 해당 메모리주소의 메모리가 enable됩니다.
마이크로프로세서는 OPcode 를 읽기위해 MEMR 신호를 보냅니다.
OPcode가 data bus를 통해 실려가고 PC가 1증가합니다.
OP code는 마이크로 프로세서에 와서 instruction 디코더에서 해석되고 명령어가 실행됩니다.

---

[2] 2바이트 명령어

MVI A.32H
0 0 1 1 1 1 1 0
0 0 1 1 0 0 1 0

opcode에 destination이 존재합니다.
OPcode 다음의 값을 저장하며 마찬가지로 목적지를 설정할 수 있습니다.
값이 존재하기 때문에 한 바이트를 더 사용합니다.
 

MVI B.32H
0 0 0 0 0 1 1 0
0 0 1 1 0 0 1 0

---

[2-1] 동작 방법

PC에 저장된 주소 데이터(16비트)가 address bus에 실립니다.
디코더를 거쳐서 해당 메모리주소의 메모리가 enable됩니다.
마이크로프로세서는 OPcode 를 읽기위해 MEMR 신호를 보냅니다.
OPcode가 data bus를 통해 실려가고 PC가 1증가합니다.
OP code는 마이크로 프로세서에 와서 instruction 디코더에서 해석되고 명령어가 실행됩니다.

---

(반복) 다음 차례는 간단히 말하면
다음 주소를 가리키는 PC가 address bus에 실립니다.
메모리가 enable되고 마이크로프로세서가 $\overline{\textrm{MEMR}}$ 신호를 보내고 값을 A에 저장합니다(실행).
즉 처음 읽는 코드는 OPcode로 읽습니다.

---

[3] 3바이트 명령어

LDA 2050H 
0 0 1 1 1 0 1 0
0 1 0 1 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0
2050번지의 값을 A에 저장

이때 LD는 Load이며 메모리에서 A 레지스터로 불러오는 것을 의미합니다.
반대로 Store은 메모리에 저장하는 것입니다.
알다시피 주소는 16비트로 구성되기에 2바이트의 공간이 필요합니다.
여기서 첫 번째 바이트는 OP code를 의미하고 두 번째는 50, 세 번째는 20을 의미합니다.

---

[3-1] 동작 방법

PC에 저장된 주소 데이터(16비트 2000H)가 address bus에 실립니다.
디코더를 거쳐서 해당 메모리주소의 메모리가 enable됩니다.
마이크로프로세서는 OPcode 를 읽기위해 MEMR 신호를 보냅니다.
OPcode가 data bus를 통해 실려가고 PC가 1증가합니다.
OP code는 마이크로 프로세서에 와서 instruction 디코더에서 해석됩니다.

---

PC에 저장된 2001H 가 address bus에 실립니다.
디코더를 거쳐 enable 되고 마이크로프로세서는 MEMR 신호를 보냅니다.
50H가 data bus에 실려가고 PC가 1 증가합니다.
50H는 임시 레지스터 Z에 저장됩니다.

---

PC에 저장된 2002H가 address bus에 실립니다.
디코더를 거쳐 enable되고 마이크로프로세서는 MEMR 신호를 보냅니다.
20H가 data bus에 실려가고 PC가 1 증가합니다.
20H는 임시 레지스터 W에 저장됩니다.

---

20H 50H가 address bus에 실립니다.
디코더를 거쳐서 통해서 2050H 주소의 메모리가 enable 됩니다.
마이크로프로세서는 MEMR 신호를 보냅니다. 
메모리에 있는 값인 45H가 data bus에 실려가고 PC가 1 증가합니다. 
마이크로프로세서가 값을 A에 저장합니다.

---

주소 활용

C언어에서 포인터, 즉 주소를 저장하려고 할 때는 어떻게 할까요?
대부분의 레지스터는 8비트인데 주소는 16비트 입니다.
이때 두 개의 레지스터를 사용해 주소를 저장할 수 있습니다.
아무 두 레지스터가 아닌 B&C, D&E, H&L 세 쌍만 가능하며 이를 Resister Pair 라고 합니다.
LDAX 는 레지스터 쌍에 저장된 주소의 값을 A에 불러옵니다.

그렇다면 이러한 명령어는 크기가 어떻게 될까요?

3바이트라고 생각하기 쉽지만 1바이트 명령어입니다.
이유는 명령어에 주소가 들어가는 것이 아닌 명령어에는
가져올 (주소가 입력되어있는)register pair 만 알려주면 주소에 접근할 수 있기 때문입니다.

LDAX B
0 0 0 0 1 0 1 0
BC 주소의 데이터를 A로 불러옵니다.

이때도 source가 존재하는데 밑줄친 00 부분입니다.

LDAX D
0 0 0 1 1 0 1 0

 
이때 왜 두 자리로 나타낼 수 있냐 물으실 수도 있습니다.
이유는 register pair 이기때문에
두 자리로 충분히 구분할 수 있습니다.

00	B
01	D
10	H
11	A

이때 BC가 아닌 B라고만 나타내며 AF 쌍은 사용하지 않습니다.

---

비슷하게 MOV r,M 명령어가 있습니다
이때 M은 메모리가 아닌 H L 쌍 레지스터가 가리키는 주소의 메모리 값을 의미합니다.
예시로 알아보겠습니다.

MOV B,M
0 1 0 0 0 1 1 0
명령: 가리키는 값을 B에 저장

 
H에 70H, L에 80H 가 저장되어 있다면 7080H 주소의 값을 B에 저장합니다.
 

MOV C,M
0 1 0 0 1 1 1 0
명령: 가리키는 값을 C에 저장

 

---

이렇게 동작하는 과정에 대해 이해하셨길 바랍니다.
 
중요한 것은 어떤 명령어가 있는지보다 다양한 명령어가 어떻게 동작하는지입니다.
그리고 마이크로프로세서의 기본동작에는 크게 4가지, 작게는 5가지로 볼 수 있는데요.
바로 Mem Read, Mem Write, I/O Read, I/O Write 입니다.
5개 중 OP code Fetch를 가장 첫 번째로 수행한다는 것 또한 기억하시기 바랍니다.