CPU 는 컴퓨터에서 가장 핵심적인 역할을 하는 '인간의 두뇌'에 해당
크게연산장치,제어장치,레지스터3가지로 구성된다.
연산장치
- 산술연산과 논리연산을 수행한다.(따라서 산술논리연산장치라고도 불린다.)
- 연산에 필요한 데이터를 레지스터에서 가져오고, 연산 결과를 다시 레지스터로 보냄.
제어 장치
- 명령어를 순서대로 실행할 수 있도록 제어하는 장치
- 주 기억장치에서 프로그램 명령어를 꺼내 해독하고, 그 결과에 따라 명령어 실행에 필요한 제어 신호를 기억장치, 연산장치, 입출력장치로 보낸다.
- 또한 이들 장치가 보낸 신호를 받아서 다음에 수행할 동작을 결정함.
레지스터
- 고속 기억장치
- 명령어 주소, 코드, 연산에 필요한 데이터, 연산 결과 등을 임시로 저장
- CPU 종류에 따라 레지스터 개수와 크기가 다르다
- 용도에 따라 범용 레지스터와 특수목적 레지스터로 구분됨
범용 레지스터: 연산에 필요한 데이터나 연산 결과를 임시로 저장특수목적 레지스터: 특별한 용도로 사용하는 레지스터
특수 목적 레지스터 중 중요한 것들
MAR(Memory Address Register): 읽기와 쓰기 연산을 수행할 주기억장치 주소 저장한다.PC(Program Counter): 다음에 수행할 명령어 주소 저장한다.IR(Instruction Register): 명령어 레지스터로 현재 실행 중인 명령어 저장한다.MBR(Memory Buffer Register): 주 기억장치에서 읽어온 데이터나 저장할 데이터를 임시 저장한다.AC(Accumulator): 연산 결과를 임시 저장한다.
CPU의 동작 과정
주기억장치(RAM)는입력장치(키보드, 마우스 등)에서 입력받은 데이터 또는보조기억장치(HDD,SSD 등)에 저장된 프로그램을 읽어온다.- CPU 는 프로그램을 실행하기 위해
주기억장치에 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 결과를 다시주기억장치에저장 주기억장치는 처리 결과를보조기억장치에 저장하거나출력장치(모니터 등)로 보낸다.제어장치는 1~3 과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 각 장치를 제어한다.
명령어 세트란 ?
CPU 가 실행할 명령어의 집합을 말한다.
연산코드(Operation Code)+피연산자(Operand)로 이루어져 있다.
- 연산코드 : 실행할 연산
- 피연산자 : 필요한 데이터 or 저장 위치
연산 코드는 연산, 제어, 데이터 전달, 입출력 기능을 가졌다.피연산자는 주소, 숫자/문자, 논리 데이터 등을 저장한다.- CPU 는 주기억장치에서 명령어를 순차적으로 인출하여 해독하고 실행하는 과정을 반복하여 프로그램을 실행한다.
- 이 때 CPU 가 주기억장치에서 하나의 명령어를 인출하여 실행하는데 필요한 활동을
명령어 사이클이라 한다. - 명령어 사이클은
인출/실행/간접/인터럽트 사이클로 나누어진다.
- 이 때 CPU 가 주기억장치에서 하나의 명령어를 인출하여 실행하는데 필요한 활동을
인출 사이클과 명령어 처리 과정
인출 사이클에서 가장 중요한 부분은
PC(Program Counter)값 증가
T0 : MAR ← PC
T1 : MBR ← M[MAR], PC ← PC+1
T2 : IR ← MBR- PC 에 저장된 주소를 MAR 로 전달
- 저장된 내용을 통해 주기억장치의 해당 주소에서 명령어 인출
- 인출한 명령어를 MBR 에 저장
- 다음 명령어를 인출하기 위해 PC 값 증가
- MBR 에 저장된 내용을 IR 에 전달
실행 사이클에 의한 명령어 처리 과정
T0 : MAR ← IR(Addr)
T1 : MBR ← M[MAR]
T2 : AC ← AC + MBR- 이미 인출이 되었기 때문에 명령어만 실행하면 된다. -> PC 값을 증가할 필요가 없다.
- IR 에 MBR 의 값이 이미 저장된 상태를 의미
- AC 에 MBR을 더해주기만 하면 된다.
백엔드개발자