01. 중앙처리장치(CPU; Central Processing Unit)
(1) 중앙처리장치의 구성
- 명령어를 해석하고, 프로그램의 연산을 실행 및 처리하는 컴퓨터 시스템의 핵심적인 장치이다.
- 제어장치(CU: Control Unit), 연산장치(ALU; Arithmetic Logic Unit), 레지스터(Register)로 구성된다.
제어장치
- 컴퓨터의 모든 동작을 지시하고 제어하는 장치
- 프로그램 카운터(PC), 명령 레지스터, 부호기, 명령 해독기, 번지 해독기 등으로 구성
연산장치
- 산술 연산과 논리 연산을 수행하는 장치
- 가산기, 보수기, 누산기 등으로 구성
레지스터
- CPU 내부에서 특정한 목적에 사용되는 일시적인 기억장소로, 메모리 중 가장 빠른 속도로 접근이 가능
- 플립플롭이나 래치를 직렬 또는 병렬로 연결
(2) 중앙처리장치의 성능 단위
- MIPS(Million instruction Per Second): 1초 동안에 처리할 수 있는 명령의 개수를 100만 단위로 표시한다.
- FLOPS(FLoationg point Operationa Per Second): 1초 동안에 처리할 수 있는 부동 소수점 연산의 횟수이다.
- CPU는 클록 주기에 따라 명령을 수행하며 클록 주파수가 높을수록 연산 속도가 빠르다.
(3) 제어장치의 구성요소
- 프로그램 카운터: 다음에 수행할 명령어 주소를 기억하는 레지스터
- 메모리 주소 레지스터: 기억장치에 입·출력되는 데이터의 주소 번지를 기억하는 레지스터
- 메모리 버퍼 레지스터: 메모리 주소 레지스터의 내용을 기억하는 레지스터
- 명령어 레지스터: 현재 수행 중인 명령어의 내용을 기억하는 레지스터
- 명령어 해독기: 현재 실행 중인 명령어를 해독하는 회로
- 번지 해독기: 명령어 레지스터가 보낸 주소를 해독한 후 저장되어 있던 데이터를 메모리로 보내는 회로
- 부호기: 명령어 해독기로 해독한 내용을 신호로 변환하여 각 장치에 전달하는 회로
(4) 연산장치의 구성요소
- 가산기: 두 개 이상의 2진수의 덧셈을 수행하는 회로
- 보수기: 2진수의 뺄셈을 수행하기 위해 보수로 변환하는 데 사용하는 회로
- 누산기: 연산된 결과를 일시적으로 저장하는 레지스터
- 데이터 레지스터: 연산에 사용할 데이터를 기억하는 레지스터
- 상태 레지스터, 플래그 레지스터: 연산 중에 발생하는 여러 가지 상태 값을 기억하는 레지스터
- 인덱스 레지스터: 주소를 변경하기 위해 사용하는 레지스터
02. 마이크로프로세서
(1) 마이크로프로세서의 개념
- 마이크로프로세서는 제어 장치, 연산 장치, 레지스터가 하나의 반도체 칩에 내장된 장치이다.
- 개인용 컴퓨터의 중앙처리장치로 사용되며, 작은 규모의 임베디드 시스템이나 휴대용 기기에도 사용된다.
- 클록 주파수와 내부 버스의 비트 수로 성능을 평가한다.
(2) 마이크로프로세서의 설계 방식
- CISC: 많은 수의 명령어와 주소 지정 모드 지원, 가변적, 느림, 비쌈, 전력 소모 많음, 개인용 컴퓨터에 주로 사용
- RISC: 적은 수의 명령어와 주소 지정 모드 지원, 고정적, 빠름, 저렴, 전력 소모 적음, 성능이 좋은 그래픽용이나 워크스테이션용
기출로 개념 확인
01) 다음 중 컴퓨터의 제어장치에 있는 부호기 레지스터에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 명령 레지스터에 있는 명령어를 해독한다.(명령어 해독기)
● 해독된 명령어에 따라 각 장치로 보낼 제어 신호를 생성한다.
③ 다음 순서에 실행할 명령어의 주기억장치 주소를 기억한다.(프로그램 카운터)
④ 뺄셈 연산을 위해 음수로 변환한다.(보수기)
02) 다음 중 CPU의 제어장치를 구성하는 레지스터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
● 프로그램 카운터: 프로그램의 실행된 명령어의 개수를 계산한다.
→ 다음에 실행할 명령어의 번지를 기억하는 레지스터
② 명령 레지스터: 현재 실행 중인 명령을 기억한다.
③ 부호기: 해독된 명령에 따라 각 장치로 보낼 제어 신호를 생성한다.
④ 메모리 주소 레지스터: 기억장치에 입·출력되는 데이터의 번지를 기억한다
03) 다음 중 레지스터에 대한 설명으로 옳은 것은?
● CPU 내부에서 특정한 목적에 사용되는 일시적인 기억장소이다.
② 메모리 중에서 가장 속도가 느리며, 플립플롭이나 래치 등으로 구성된다.
③ 컴퓨터의 유지 보수를 위한 시스템 정보를 저장한다.
④ 시스템 부팅 시 운영체제가 로딩되는 메모리다.
04) 다음 중 마이크로프로세서에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
● 제어장치, 연산장치, 주기억장치가 하나의 반도체 칩에 내장된 장치이다.
② 클록 주파수와 내부 버스의 폭으로 성능을 평가한다.
③ 개인용 컴퓨터의 중앙처리장치로 사용된다.
④ 작은 규모의 임베디드 시스템이나 휴대용 기기에도 사용된다.
05) 다음 중 임베디드 시스템에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 지역적으로 다른 위치에 있는 여러 대의 컴퓨터를 연결하여 분산 처리하는 시스템이다.(분산 처리 시스템)
② 처리할 데이터를 일정 시간 동안 모아서 일괄 처리하는 방식의 시스템이다.(일괄 처리 시스템)
● 특정 기능을 수행하기 위하여 전체 장치의 일부분으로 내장되는 전자 시스템이다.
④ 두 개의 CPU가 동시에 같은 업무를 처리하는 방식으로, 업무의 신뢰도를 높이는 작업에 이용된다.(듀얼 시스템)
