[Computer Architecture] - CPU 작동 원리

윤재열·2023년 3월 11일
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CPU는 컴퓨터에서 가장 핵심적인 혁할을 수행하는 부분 ( 인간의 두뇌 )
크게 연산장치, 제어장치 , 레지스터 3가지로 구성됩

CPU 구성요소

연산 장치

  • 산술연산과 논리연산 수행 (따라서 산술논리연산장치라고도 칭함)
  • 연산에 필요한 데이터를 레지스터에서 가져오고, 연산결과를 다시 레지스터로 보냅니다.

제어 장치

  • 명령어를 순서대로 실행할 수 있도록 제어하는 장치
  • 주기억장치에서 프로그램 명령어를 꺼내 해독하고, 그 결과에 따라 명령어 실행에 필요한 제어 신호를 기억장치, 연산장치, 입출력 장치로 보닙니다.
  • 이들 장치가 보낸 신호를 받아 다음에 수행할 동작을 결정합니다.

레지스터

  • 고속 기억장치
  • 명령어 주소, 코드, 연산에 필요한 데이터, 연산 결과 등을 임시로 저장
  • 용도에 따라 범용 레지스터와 특수목적 레지스터로 구분됩니다.
    • 범용 레지스터 : 연산에 필요한 데이터나 연산 결과를 임시로 저장
    • 특수목적 레지스터 : 특별한 용도로 사용하는 레지스터

특수 목적 레지스터

  • MAR (메모리 주소 레지스터 ) : 읽기와 쓰기 연산을 수행할 주기억장치 주소 저장
  • PC (프로그램 카운터) : 다음에 수행할 명령어 주소 저장
  • IR (명령어 레지스터) : 현재 실행 중인 명령어 저장
  • MBR(메모리 버퍼 레지스터) : 주기억장치에서 읽어온 데이터 or 저장할 데이터 임시저장
  • AC(누산기) : 연산 결과 임시 저장

CPU의 동작과정

  1. 주 기억장치는 입력장치에서 입력받은 데이터 또는 보조기억장치에 저장된 프로그램을 사용
  2. CPU는 프로그램을 실행 하기 위해 주기억장치에 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 결과를 다시 주 기억장치에 저장합니다.
  3. 주기억장치는 처리 결과를 보조기억장치에 저장하거나 출력장치로 보냄
  4. 제어장치는 1~3번 과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 장치를 제어
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