CPU

rockbell89·2023년 1월 27일
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CS 전공지식

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CPU의 구조

산술/논리 연산 장치(ALU)

레지스터에 저장된 데이터를 이용하여 산술적인 연산과 논리적인 연산을 담당하는 장치

내부장치

  • 가산기(Adder) - 2개 이상의 수를 입력하여 이들의 합을 출력하는 장치
  • 보수기(Complementer) - 뺄샘을 사용할 때 사용하는 보수(음수화)를 만들어주는 장치

레지스터

  • 명령어 레지스터 (IR, Instruction Register) - 주기억 장치에서 수행할 명령어를 가져오면 명령어 레지스터에 저장되고, 레지스터의 지시에 의해 해당 구성요소로 신호를 전송하고 명령을 해석하여 실행
  • 누산기 레지스터 (AC, Accumulator Regsiter) - 산술과 논리연산의 초기값, 중간 값, 결과 값을 임시적으로 보관하기 위한 레지스터, 최종 결과는 MBR을 통해 주기억 장치로 전송
  • 프로그램 카운터 (PC, Program Counter) - 명령어 포인터 레지스터라고도 하며, 프로세서가 수행할 다음 명령어의 주소를 저장하는데 사용
    명령어를 가져오면 포인터 값이 증가하며 항상 다음 명령어의 주소를 가리키거나 현재 명령 주소를 유지
  • 메모리 주소 레지스터 (MAR,Memory Address Regsiter) - CPU가 데이터를 읽거나 쓰려는 메모리 주소를 일시적으로 저장
  • 메모리 버퍼 레지스터 (MBR,Memory Buffer Regsiter) - 메모리에 읽거나 쓰려는 데이터 또는 명령을 저장하는데 사용
  • 데이터 레지스터 (DR, Data Regster) - 연산을 위한 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터

참조 - https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=techref&logNo=222249216316

제어 장치 (CU, Control Unit)

CPU가 자신 및 주변 기기들을 컨트롤하는 장치로, 프로그램의 수행 순서를 제어하는 프로그램 카운터 (계수기) , 입력된 명령어를 해독하여 CPU내부의 움직임을 총괄하고 각과정을 통제 한다

입력 -> CU -> 메모리에 데이터 호출 -> 메모리에서 레지스터 자료 이동 -> ALU -> 프로그램 계산 또는 해독 -> 출력

CPU의 기능

필요에 따라 명령어에 의해 데이터 인출 및 처리, 쓰기 등을 수행

명령어
시스템이 특정 동작을 수행시키는 작은 단위

명령어

  • 동작 코드 (Op-code) - 각 명령어의 실행 동작을 구분하여 표현
  • 오퍼랜드 (Operand) - 명령어의 실행에 필요한 자료의 저장 위치

명령어 수행 과정

  • 읽기(FI,Fetch Instruction) - 메모리에서 명령을 가져옴
  • 해석(DI,Decode Instruction) - 명령어를 해석
  • 실행(EI,Excute Instruction) - 명령을 수행
  • 기록(WB, Write Back) - 수행 결과를 기록

명령어 처리 방식

CISC (Complex Instruction Set Computer)

  • 여러 사이클로 명령어 처리
  • 많은 명령어가 메모리를 참조하는 처리 방식
  • 파이프라이닝 사용이 어려움
  • 복잡한 마이크로 프로그램 구조

RISC (Reduced Instruction Set Computer)

  • 하나의 사이클로 명령어 처리
  • 메모리 Load / Store 명령만 처리 하는 방식
  • 파이프라이닝, 슈퍼스칼라 사용 가능
  • 복잡한 컴파일러 구조

파이프라이닝
하나의 명령어가 실행되는 도중에 다른 명령어를 실행 하는 식으로 동시에 여려 개의 명령어를 실행하는 기법 -> 처리량 증가 (속도는 아님)

슈퍼스칼라
파이프라인을 여러개 두어 명령어를 동시에 실행하는 기술, ILP를 최대 적용하여 실행하면 CPU 처리속도가 빨라짐

ILP (Instruction Level Parallelism)
비순차 실행에 사용되는 기술로 명령어간의 상관관계를 따져서 병령처리가 가능하도록 하는 기술

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