CPU와 폰 노이만

폰 노이만?

폰 노이만 구조는 컴퓨터 시스템을 설계하는 데 사용되는 전통적인 구조 중 하나. 이 구조는 프로그램 명령어와 데이터가 메모리에 함께 저장되고, 중앙 처리 장치(CPU)가 이러한 명령어를 순차적으로 읽어 들여 실행하는 방식을 기반.

폰 노이만 구조의 주요 특징

• 프로그램과 데이터의 메모리 통합

  • 명령어와 데이터가 동일한 메모리 공간에 저장(프로그램의 구조를 유연하게 만든다)

• 순차적 명령어 처리

  • CPU는 메모리에서 명령어를 순차적으로 읽어 들여 실행
  • 즉, 하나의 명령어를 완전히 처리한 후에 다음 명령어를 처리

• 단순한 구조

  • 단순하고 직관적인 설계

폰 노이만 구조의 장단점

장점

• 간결한 설계
  • 명령어와 데이터를 하나의 버스로 처리하여 간단하고 효율적인 설계가 가능
• 쉬운 프로그래밍
  • 명령어의 순차적 처리로 프로그래밍이 상대적으로 간편함
• 높은 유연성
  • 명령어와 데이터를 메모리에 저장하므로 프로그램을 자유롭게 수정과 실행이 가능

단점

• 병목 현상
  • 명령어와 데이터를 하나의 버스로 처리하므로 메모리 접근 속도에 따라 성능이 제약
• 효율성 저하
  • 명령어 실행과 메모리 접근이 순차적으로 이루어지기 때문에 병렬 처리가 어려움

현대 컴퓨터 구조와의 차이

• 하버드 구조 vs. 폰 노이만 구조
  • 하버드 구조는 명령어와 데이터가 별도의 메모리에 저장. 이는 명령어와 데이터를 동시에 읽어들이거나 처리할 수 있도록 만든다.
  • 반면에 폰 노이만 구조는 명령어와 데이터가 동일한 메모리 공간에 저장.
• 파이프라이닝(Pipelining)
  • 현대 컴퓨터 구조에서는 파이프라이닝 기술이 적용. 이는 CPU가 여러 단계의 처리 과정을 동시 수행이 가능.
  • 하나의 명령어를 실행하는 동안 다음 명령어를 디코딩하는 등의 동시 작업 가능. 이러한 기술은 처리량을 향상시키고 성능을 향상.
• 다중 코어(Multi-core)
  • 다중 코어 프로세서를 사용하여 병렬 처리를 지원.
  • 여러 개의 CPU 코어가 동시에 작업을 처리하여 전체적인 성능을 향상.
• 캐시 메모리(Cache Memory)
  • 현대 컴퓨터는 캐시 메모리를 사용하여 주기억장치와 CPU 간의 속도 차이를 극복.
  • 캐시 메모리는 CPU가 빠르게 액세스할 수 있는 작고 빠른 메모리.