🔧변경내용🔨

제목	날짜	내용
발행일	23.03.27

📌들어가기에 앞서

해당 포스트는 CPU에 대해 학습한 내용을 정리하며 기록한 내용입니다.

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CPU

폰 노이만이 제안한 폰 노이만 구조는, 중앙 처리 장치(CPU)라는 것이 있고 이 중앙 처리 장치를 통해서 연산을 수행하게 되는 구조

이 CPU(중앙처리 장치)는 각종 연산을 수행하고 기억장치에 기억되어 있는 명령어들을 수행하는 컴퓨터 시스템을 이루는 핵심 부품

CPU는 컴퓨터 시스템의 가장 중요한 요소

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CPU의 구조

CPU 의 내부 구성은 크게 산술/논리 연산 장치(ALU), 제어 장치와 레지스터로 구성

산술은 덧셈을 수행하는 것이고, 제어 장치는 시그널을 통해서 데이터 흐름을 통제하는 것이며 레지스터는 CPU 내부의 메모리임이 가장 기본적인 설명

산술/논리 연산 장치 (Arithmetic Logic Unit, ALU)

산술논리연산장치(ALU: Arithmetic Logic Unit)는 산술적인 연산과 논리적인 연산을 담당하는 장치

가산기, 보수기, 누산기, 기억 레지스터, 데이터 레지스터 등으로 구성

캐시나 메모리로부터 읽어 온 데이터는 레지스터(Register)라는 CPU 전용의 기억장소에 저장

ALU는 레지스터에 저장된 데이터를 이용하여 덧셈, 곱셈 등과 같은 산술 연산을 수행

부동소숫연산장치(FPU)와 정수연산장치, 논리연산(AND, OR 등)장치 등이 있다.

레지스터(Register)

레지스터(Register)는 중앙처리장치(CPU) 내부에 있는 기억장치

• 범용 레지스터(General-Purpose Register) : 주로 산술 연산 논리장치에 의해 사용

• 전용 레지스터(Dedicated-Purpose Register) : PC 등 특수 목적에 사용

레지스터의 종류는 IR(Instruction Register), PC(Program Counter), AC(Accumulator)가 있다.

• IR (Instruction Register) : 현재 수행 중에 있는 명령어 부호를 저장하고 있는 레지스터

• PC (Program Counter) : 명령이 저장된 메모리의 주소를 가리키는 레지스터

• AC (Accumulator) : 산술 및 논리 연산의 결과를 임시로 기억하는 레지스터

제어장치(Control Unit, CU)

제어장치는 CPU가 자신 및 주변기기들을 컨트롤하는 장치

• 프로그램 계수기(program counter) :

  • 프로그램의 수행 순서 제어

• 명령 레지스터(instruction register) :

  • 현재 수행중인 명령어의 내용을 임시 기억

• 명령해독기(instruction decoder) :

  • 명령 레지스터에 수록된 명령을 해독하여 수행될 장치에 제어신호를 전달

제어 장치 구현의 방식은

• 고정 배선 제어(Hardwired) 방식

• Micro Program 방식

Hardwired	Micro Program
제어신호가 Hardwired Circuit 에 의해서 생성 되도록 하드웨어 구성하며 상태계수기와 PLA(Programmable Logic Array ) 회로로 구성	발생 가능한 제어 신호들의 조합을 미리 구성하여 ROM 에 저장했다가 필요 시 신호를 발생시키는 Software 방식
고속 처리, 고가	하드웨어 방식에 비해 속도도 낮고 가격도 저렴
RISC 시스템에 적용	CISC 에 적용

[표] Hardwired와 Micro Program의 비교

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📖 CPU의 기능

CPU의 기능은 명령어와 데이터에 관련이 있다.

명령어 인출 및 해독은 모든 명령어들에 대하여 공통적으로 수행하며 기억 장치로부터 명령어를 읽어온다..

데이터 인출 및 처리, 쓰기와 같은 것들은 명령어에 따라 필요할 때만 수행한다.

이 명령어 및 명령어 수행 과정과 처리 방식은 CPU에서 중요한 부분을 차지한다.

명령어

명령어는 시스템이 특정 동작을 수행시키는 작은 단위

명령어는 코드로 되어 있는데, 동작코드(Op-code : Operational Code)와 오퍼랜드(Operand)로 구성되어 있다.

• 동작 코드(Op-code): 각 명령어의 실행 동작을 구분하여 표현

• 오퍼랜드(Operand): 명령어의 실행에 필요한 자료나 실제 자료의 저장 위치를 의미

명령어 수행 과정

CPU 가 하나의 명령(Operation)을 처리하는 과정은 다음과 같다.

• 읽기(Fetch Instruction, FI): 메모리에서 명령을 가져옴

• 해석(Decode Instruction, DI): 명령을 해석

• 실행(Execute Instruction, EI): 명령을 수행

• 기록(Write Back, WB): 수행한 결과를 기록

명령어 처리 방식

명령어 처리 방식에는 RISC와 CISC가 있다.

• RISC(Reduced Instruction Set Computer)는

  • 컴퓨터 내부적으로 사용하는 명령어 세트를 단순화 시켜서 처리하는 형태의 구조

  • 단순한 명령을 조합해서 하나의 기능을 수행

• CISC(Complex Instruction Set Computer)는

  • 하나의 기능에 해당하는 하나의 명령이 있는 개념.

RISC

• 하나의 사이클로 명령어를 처리

• 메모리 Load / Store 명령만 처리하는 방식

• 파이프라이닝, 슈퍼스칼라의 사용이 가능

• 복잡한 컴파일러 구조를 갖고 있다.

CISC

• 여러 사이클로 명령어를 처리

• 많은 명령어가 메모리를 참조하는 처리 방식

• 파이프라이닝의 사용이 어렵다

• 복잡한 마이크로 프로그램 구조를 갖고 있다.

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