2024.10.10 CPU

CPU(Central Processing Unit)

• 중앙 처리 장치로 컴퓨터 시스템의 핵심적인 역할을 담당하는 장치

• 흔히 컴퓨터의 "뇌"라고 불리며, 주어진 명령어를 해석하고 실행하며 데이터 연산을 수행

• 프로그램의 논리적 흐름을 관리하고 처리하는 역할

• CPU는 주요 구성요소로 제어 장치(Control Unit), 산술 논리 장치(Arithmetic Logic Unit, ALU), 그리고 레지스터(Register) 세가지가 잇음, 이 세 가지 구성 요소가 상호작용하여 CPU가 효율적으로 작동.

1. 제어 장치 (Control Unit)

• 제어 장치는 CPU의 지휘관 역할
• 제어 장치는 프로그램이 순차적으로 실행되도록 제어

1. 메모리에서 명령어를 가져와 해석
2. 명령어에 따라 다른 장치에 지시
3. 필요한 데이터가 어디에 있는지, 어떤 연산이 필요한지 등의 정보를 CPU 내부와 외부 장치들에 전달

2. 산술 논리 장치 (ALU)

• ALU는 CPU에서 연산을 처리하는 핵심 장치
• 주로 산술 연산과 논리 연산을 담당
• 산술 연산에는 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 같은 기본 연산이 포함되며, 논리 연산에는 AND, OR, NOT, XOR 등의 연산이 포함

  두 숫자를 더하거나, 특정 조건에 따라 값을 비교하는 작업은 모두 ALU에서 처리

3. 레지스터 (Register)

• 레지스터는 CPU 내부의 초고속 임시 저장소
• 데이터와 명령어를 일시적으로 저장하는 작은 공간입니다.

  연산을 수행하기 전 또는 결과 값을 저장하는 역할. 레지스터는 매우 작은 용량을 가지고 있지만, 그 속도가 매우 빠르기 때문에 CPU가 자주 참조해야 하는 데이터나 명령어를 저장하는 데 사용.

4. 클럭 속도 (Clock Speed)

• CPU의 성능을 결정짓는 중요한 요소 중 하나
• 클럭은 CPU가 한 주기 동안 수행할 수 있는 작업의 수를 의미
• 초당 몇 번의 작업을 수행할 수 있는지를 나타내는 지표
• 클럭 속도가 높을수록 CPU는 더 많은 명령을 짧은 시간 안에 처리 가능

5. 캐시 메모리 (Cache Memory)

• 캐시 메모리는 CPU와 메인 메모리 사이의 속도 차이를 줄이기 위해 사용되는 고속 메모리
• 자주 사용하는 데이터나 명령어를 캐시에 저장해두면 CPU는 메인 메모리에 직접 접근하지 않고 더 빠르게 데이터를 가져옴
• 캐시는 L1, L2, L3로 구분되며, 각각의 크기와 접근 속도가 다름

6. 멀티코어 (Multi-core) CPU

• 하나의 칩에 여러 개의 처리 코어를 포함하는 멀티코어 구조
• 이를 통해 여러 작업을 동시에 처리할 수 있어 성능이 크게 향상

  듀얼 코어, 쿼드 코어 등의 CPU는 각각 2개, 4개의 코어를 가지고 있어, 동시에 여러 명령어를 병렬로 처리

CPU의 작동 과정

• CPU의 작동은 기본적으로 명령어 사이클을 사용하며, 명령어 사이클은 크게 세 단계로 나뉨

1. 가져오기(Fetch): 메모리에서 명령어를 가져옴
2. 해독(Decode): 가져온 명령어를 해독, 어떤 작업을 수행할지 결정
3. 실행(Execute): 해독된 명령어에 따라 데이터를 처리하거나 계산을 수행