CS_CPU

PC 3대장
CPU, Memory, Disk

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CPU

• 모든 디바이스 관장
• n개의 register로 구성
  • 코어의 개수가 늘어날 때마다 register의 n개의 set이 늘어난다.
    • n x state
• CU(Control Unit), ALU(산술/논리 연산), register, cache로 구성

CPU가 싱글코어에서 멀티코어로 바뀐 이유

• 무어의 법칙이 말해주듯 코어 성능(클럭 수)은 계속 고도화 잘 되고 있음
  • 무어의 법칙 : 2년마다 프로세스 성능 2배 증가
• 발열문제
• 코어 성능 향상에는 본질적인 한계가 있으므로 멀티코어로 진화

멀티코어 : 멀티한 상태(state == register)를 가진다.

CPU 생김새

CU

• real brain
• 명령 내리는 역할

ALU

• 산술 / 논리 연산 담당

register

• cpu 명령어 처리하기 위해 필요한 여러 데이터를 용도에 맞게 저장하고 있는 도우미
  • 범용 레지스터 : EAX, ECX, EDX ...
  • 전용(특수) 레지스터 : PC (프로그램 카운터) ...

cache

• CPU 성능 향상을 위해 고안된 지름길
• 빈번한, 가장 최근의
• 캐싱한다
• 음료를 사려고 1km 떨어진 편의점(메모리)에서 고를 것인지, 10m 떨어진 자판기(캐시)에서 고를 것인지
  • 자판기에 원하는 음료가 있다면? cache hit
  • 원하는 것이 없어 편의점까지 가는 것은? cache miss

cache coherence

• 캐시 일관성
• 공유 메모리 시스템에서 각 프로레서가 가진 로컬 캐시 간의 일관성

프로그래머와 CPU의 통신 방법

• CPU : 바이너리 원툴 == 기계어
• 사람은 기계어 사용 못함 -> 유사 기계어인 어셈블리어 사용
  • 어셈블리어는 CPU 아키텍처에 따라 문법이 다름
  • 연산자는 LOAD, STORE, JMP와 같은 원초적 명령어로 구성
  • 피연산자는 메모리 주소, 레지스터, 즉시 값 중 하나만 사용 가능
• 어셈블리어는 개발자들이 쓰기에도 어려움

프로그래밍 언어 탄생

• c, c++, java ...
• 각 언어에 있는 컴파일러가 사람이 작성한 코드를 기계어로 번역
  • 컴파일러 == 통역

즉, CPU와 프로그래머는 프로그래밍 언어로 통신한다!

ISA

• Instruction Set Architecture
• 소프트웨어(시스템 소프트웨어)와 하드웨어 사이의 약속(인터페이스)
• 개발자들은 보통 high-level language로 코드를 짠다.
  하지만 컴퓨터가 이를 이해하기 위해서는 어셈블러(high-level language → assembly language)와 컴파일러(assembly languabe → machine language)를 거쳐 low-level lanaguage로 번역되어야 한다.
  이렇게 low-level language로 번역된 후에는 hw에게 명령을 내려줘야 하는데, 이 때 sw와 hw 사이를 연결해주는 것이 ISA이다.

CISC

• 복잡하고 기능이 많은 명령어로 구성
• 범용 컴퓨터(general-purpose computer)의 CPU로 많이 사용

RISC

• 요즘 대세
• 적은 수의 명령어들(사용 빈도가 높은 20%의 명령어들)로 구성
• 간단

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[References]

• [컴퓨터구조] ISA(Instruction SetArchitecture)
• difference between CISC and RISC
• 나무위키 - 명령어집합
• CISC와 RISC

명령어 수행 방법

• 프로그래밍 언어에 작성된 코드는 라인마다 기계어 연산으로 치환

1. 명령어 인출
   CU가 수행할 명령어 정보 가져옴
2. 명령어 해독
   opcode라고 하는 명령어 코드를 인출하고,
   opcode의 성격에 맞게 레지스터 준비
3. 실행
   해독된 명령어 수행
   산술 논리 관련 연산이라면 ALU가 실행
4. 반영
   명령어 수행 한 사이클 끝