의문점
CS에 대한 팀 스터디 첫 시간으로 컴퓨터의 구조와
컴퓨터를 구성하는 장치에 대해 간단히 공부해 보았는데
CPU에 대해 모르는 부분이 많았고, 동작 과정 또한
사실상 이번 학습을 통해 새로 알게 된 부분이 있어서
간단하게 정리할 내용을 작성해 볼까 한다.
CPU는 뭘까?
CPU: 메모리에 있는 데이터와 명령어를 가져와서
무슨 뜻인지 해석하고, 실행하는 일련의 과정을 반복하는 장치
| 구분 | 명칭 | 핵심 역할 |
|---|---|---|
| 제어장치 (CU) | Control Unit | 모든 장치에게 동작을 지시하는 장치 (각 장치들을 제어). |
| 산술논리장치 (ALU) | Arithmetic Logic Unit | 7 + 3과 같은 산술 연산이나 논리 연산을 실제로 수행함. |
| 레지스터 | Register | 임시 저장소. CPU 내부에서 데이터를 아주 빠르게 잠깐 저장하는 공간. |
| 주소 버스 | Address Bus | 위치 정보. CPU가 메모리의 어느 주소를 참조할지 전달함 (단방향: CPU → 메모리). |
| 데이터 버스 | Data Bus | 데이터 통로. 실제 명령어 정보나 연산에 필요한 숫자를 실어 나름 (양방향). |
| 제어 버스 | Control Bus | 상태 신호. "읽기", "쓰기"와 같이 현재 어떤 작업을 수행할지 신호를 보냄. |
CPU의 동작 과정
0. 준비 단계
-
주소 100번지: "7과 3을 더하라"는 명령어
-
제어장치(CU): 명령어 사이클을 관리
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레지스터(PC): 현재 실행할 주소인 100을 가리킴
1. 명령어 인출
-
주소 전달: PC(프로그램 카운터)에 저장된 100이라는 주소가 MAR(메모리 주소 레지스터)로 복사된다.
-
주소 버스: MAR에 있는 100이라는 신호가
주소 버스를 타고 메모리로 전달된다.
"100번지 데이터를 찾으러 간다"는 의미 -
제어 버스: 제어장치가 제어 버스를 통해
메모리에 "읽기(Read)" 신호를 보낸다.
-
데이터 버스: 메모리는 100번지에 있던
명령어("7과 3을 더하라")를 데이터 버스에 실어 보낸다. -
명령어 저장: 이 명령어는 CPU 내부의
MDR(메모리 데이터 레지스터)를 거쳐
IR(명령어 레지스터)에 저장된다.
2. 명령어 해석
-
해석: 제어장치가 명령어 레지스트에 있는 명령어를 분석.
- "이건 더하기 연산이네?"
- "더할 숫자는 7하고, 3이네."
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준비: 제어장치는 산술논리장치에게 곧 더하기
연산 할 테니 준비하라고 신호를 보낸다.
3. 데이터 인출
-
명령어 안에 숫자 7과 3이 직접 들어있다면
밑의 단계는 생략 or 매우 빠르게 처리된다. -
만약 7과 3이 메모리의 다른 번지에 있으면, 1단계의 인출과정을
똑같이 거쳐서 데이터 버스를 통해 숫자들을 가져와 CPU 내부의
범용 레지스터에 각각 저장한다.
(범용 레지스터: 말 그대로 특정한 목적없이 다양한 작업에 사용,
연산에 필요한 데이터, 주소, 중간 결과 등을 임시 보관)
(예: Register A = 7, Register B = 3)
4. 실행
-
값 전달: 레지스터에 저장된 7과 3이 산술논리장치로 들어간다.
-
연산 수행: 제어장치의 제어 신호에 따라
산술논리장치가 두 숫자를 더한다. -
결과: 연산 결과인 10이 나오고, 이 값은 일시적으로
누산기 or 결과 레지스터에 저장된다.
5. 결과 저장
-
메모리 전송: 만약 결과를 메모리에 저장하라는 명령이면
다시 주소 버스에 저장할 주소를, 데이터 버스에 결과값인
10을 실어서 보낸다.
당연히 제어 버스에는 이 결과값을 쓰라는 쓰기 신호를 보낸다. -
프로그램 카운터의 값이 101로 증가한다.
-> 다음 명령어를 읽을 준비를 마친 것이다.
