<CS 지식> CPU 작동 원리

Google 아니고 Joogle·2022년 11월 3일
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CS 지식

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CPU는 연산장치, 제어장치, 레지스터 3가지로 구성되어 있다

1. CPU 구성 요소

연산장치

  • 산술연산과 논리연산 수행 (산술 논리 연산 장치라고도 불림)
  • 연산에 필요한 데이터를 레지스터에서 가져오고, 연산 결과를 다시 레지스터로 보냄

제어장치

  • 명령어를 순서대로 실행할 수 있도록 제어하는 장치
  • 주기억장치에서 프로그램 명령어를 꺼내 해독하고, 그 결과에 따라 명령어 실행에 필요한 제어 신호를 기억, 연산, 입출력 장치로 보냄
  • 신호를 받아 다음에 수행할 동작 결정

레지스터

  • 고속 기억 장치
  • 명령어 주소, 코드, 연산에 필요한 데이터, 연산 결과 등을 임시로 저장
  • 범용 레지스터와 특수목적 레지스터로 구분

특수목적 레지스터

  1. MAR (Memory Address Register) : 읽기와 쓰기 연산을 수행할 주기억장치 주소 저장
  2. PC (Program counter) : 다음에 수행할 명령어 주소 저장
  3. IR (Instructor Register) : 현재 실행 중인 명령어 저장
  4. MBR (Memory Buffer Register) : 주기억장치에서 읽어온 데이터 or 저장할 데이터 임시 저장
  5. AC (누산기) : 연산 결과 임시 저장

2. CPU 동작 과정

동작 순서

  1. 주기억장치는 입력 장치에서 입력받은 데이터 또는 보조기억장치에 저장된 프로그램을 읽어옴
  2. CPU는 프로그램을 실행하기 위해 주기억장치에 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 결과를 다시 주기억장치에 저장
  3. 주기억장치는 처리 결과를 보조기억장치에 저장하거나 출력장치로 보냄
  4. 제어장치는 1~3 과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 각 장치를 제어

명령어 사이클

CPU는 프로그램을 실행하기 위해 주기억장치에서 명령어를 순차적으로 인출하여 해독하고 실행하는 과정을 반복함. CPU가 주기억장치에서 한 번에 하나의 명령어를 인출하여 실행하는데 필요한 일련의 활동을 '명령어 사이클'이라고 말함

명령어 인출

  1. PC에 저장된 주소를 MAR로 전달
  2. 저장된 내용을 토대로 주기억장치의 해당 주소에서 명령어 인출
  3. 인출한 명령어를 MBR에 저장
  4. 다음 명령어를 인출하기 위해 PC 값 증가시킴
  5. 메모리 버퍼 레지스터 (MBR)에 저장된 내용을 명령어 레지스터에 전달
T0 : MAR <- PC
T1 : MBR <- M[MAR], PC <- PC+1
T2 : IR <- MBR

명령어 실행

  1. 이미 인출이 진행되고 명령어만 실행하면 되기 때문에 PC를 증가할 필요X
  2. IR에 MBR값이 이미 저장된 상태를 의미
T0 : MAR <- IR (Addr)
T1 : MBR <- M[MAR]
T2 : AC <- AC + MBR

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