! 명령어 사이클에서 주기억장치의 동작 원리

문제: 명령어 사이클에서 주기억장치의 동작 원리를 설명하시오.

답:

명령어 사이클에서 주기억장치의 동작 원리

명령어 사이클(Instruction Cycle)은 중앙처리장치(CPU)가 명령어를 처리하는 과정으로, 인출(Fetch), 해독(Decode), 실행(Execute), 저장(Store)의 4단계로 구성됩니다. 이 과정에서 주기억장치(Main Memory)는 중요한 역할을 합니다. 주기억장치는 시스템 클록(System Clock)에 의해 동기화되어 명령어와 데이터를 처리합니다.

주기억장치의 구성 요소

주기억장치는 다음과 같은 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다:

1. 기억장치 주소 레지스터 (Memory Address Register, MAR):

   • 기능: 주기억장치의 주소를 저장합니다.
   • 특징: CPU가 접근하려는 메모리 주소를 저장합니다.

2. 기억장치 버퍼 레지스터 (Memory Buffer Register, MBR):

   • 기능: 주기억장치와 CPU 간에 데이터를 임시로 저장합니다.
   • 특징: 데이터를 읽거나 쓸 때 사용됩니다.

3. 버스 제어 장치 (Bus Control Unit):

   • 기능: 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스를 관리합니다.
   • 특징: 주소 버스는 메모리 주소를 전달하고, 데이터 버스는 데이터를 전송하며, 제어 버스는 제어 신호를 전달합니다.

4. 주소 선택 회로 (Address Selection Circuit):

   • 기능: 주소 버스에서 받은 주소를 해석하여 특정 메모리 셀을 선택합니다.
   • 특징: 주소 선택 회로는 주소를 해석하여 해당 메모리 셀에 선택 신호를 전달합니다.

5. 기록 회로 (Write Circuit):

   • 기능: 데이터를 메모리에 기록합니다.
   • 특징: 데이터 버스를 통해 받은 데이터를 메모리 셀에 저장합니다.

6. 판독 회로 (Read Circuit):

   • 기능: 메모리에서 데이터를 읽습니다.
   • 특징: 선택된 메모리 셀의 데이터를 데이터 버스를 통해 CPU로 전송합니다.

명령어 사이클에서 주기억장치의 동작 원리

1. 인출 (Fetch):

   • CPU는 명령어를 주기억장치에서 인출합니다.
   • 명령어의 주소가 MAR에 저장됩니다.
   • 버스 제어 장치는 주소 버스를 통해 MAR에 저장된 주소를 주기억장치의 주소 선택 회로에 전달합니다.
   • 주소 선택 회로는 해당 주소의 메모리 셀을 선택합니다.
   • 판독 회로는 선택된 메모리 셀의 데이터를 데이터 버스를 통해 MBR로 전송합니다.
   • CPU는 MBR에서 명령어를 읽어옵니다.

2. 해독 (Decode):

   • CPU는 인출한 명령어를 해독합니다.
   • 명령어의 종류와 필요한 데이터를 파악합니다.

3. 실행 (Execute):

   • CPU는 해독된 명령어를 실행합니다.
   • 필요한 데이터가 있다면, 해당 데이터의 주소가 MAR에 저장됩니다.
   • 버스 제어 장치는 주소 버스를 통해 MAR에 저장된 주소를 주기억장치의 주소 선택 회로에 전달합니다.
   • 주소 선택 회로는 해당 주소의 메모리 셀을 선택합니다.
   • 판독 회로는 선택된 메모리 셀의 데이터를 데이터 버스를 통해 MBR로 전송합니다.
   • CPU는 MBR에서 데이터를 읽어옵니다.

4. 저장 (Store):

   • CPU는 실행 결과를 주기억장치에 저장합니다.
   • 저장할 데이터의 주소가 MAR에 저장됩니다.
   • 버스 제어 장치는 주소 버스를 통해 MAR에 저장된 주소를 주기억장치의 주소 선택 회로에 전달합니다.
   • 주소 선택 회로는 해당 주소의 메모리 셀을 선택합니다.
   • 기록 회로는 데이터 버스를 통해 MBR에 저장된 데이터를 선택된 메모리 셀에 기록합니다.

그림

아래는 주기억장치의 구조와 동작 원리를 설명하는 그림입니다:

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|       CPU         |
+-------------------+
         |
         |
+-------------------+
|  Bus Control Unit |
+-------------------+
         |
         |
+-------------------+
|   Address Bus     |
|   Data Bus        |
|   Control Bus     |
+-------------------+
         |
         |
+-------------------+
|   Memory Array    |
|   (Rows & Columns)|
+-------------------+
         |
         |
+-------------------+
| Address Selection |
| Circuit           |
+-------------------+
         |
         |
+-------------------+
|   Write Circuit   |
|   Read Circuit    |
+-------------------+

결론

명령어 사이클에서 주기억장치는 인출, 해독, 실행, 저장의 4단계를 통해 명령어와 데이터를 처리합니다. 주기억장치는 MAR, MBR, 버스 제어 장치, 주소 선택 회로, 기록 회로, 판독 회로 등으로 구성되어 있으며, 이들 구성 요소는 주소 지정, 데이터 읽기, 데이터 쓰기 등의 작업을 수행합니다. 이를 통해 CPU는 효율적으로 명령어를 처리하고, 필요한 데이터를 주기억장치에서 읽거나 쓸 수 있습니다.