TIL81-01 CPU와 메모리

컴퓨터의 구성

• 컴퓨터의 구성은 푸드트럭과 비유할 수 있다.
  1. 입출력 장치
     - 컴퓨터가 사용자와 의사소통하는 창구가 입출력 장치이다.
     - 푸드트럭으로 비유하자면 주문창구와 수령창구로 비유할 수 있다.
     1.1 입력 장치
     • 사용자가 컴퓨터에게 명령하는 창구가 입력장치이다.
     • 푸드트럭에서는 주문대로 비유할 수 있다.
     • 키보드, 마우스, 카메라 등
     1.2 출력 장치
     • 컴퓨터가 사용자에게 데이터를 보여주거나 처리결과를 보여주는 창구이다.
     • 푸드트럭에서는 메뉴판이나 수령대로 비유할 수 있다.
     • 메뉴판은 모니터, 수령대는 스피커나 프린터로 비유할 수 있다.
     • 메뉴판(출력장치)을 보고 주문대(입력장치)에서 주문하고 수령대(출력장치)에서 음식을 받는다.
  2. CPU
     - 컴퓨터가 사용자의 명령에 대한 작업을 수행하는 처리장치이다.
     • 푸드트럭으로 비유하자면 요리사이다.
       2.1 CPU의 구성
     • 우뇌 : 레시피에 따라서 재료와 요리시간을 연산하고 수행하는 역할
       - 산술논리 연산장치(ALU): 비교, 판단, 연산을 담당한다.
     • 좌뇌 : 요리 할때, 주문순서, 레시피 순서대로 하도록 스케쥴을 제어하는 역할
       - 제어부(CU)와 내부 버스 : 명령어의 해석과 올바른 실행을 위하여 CPU를 내부적으로 제어한다.
     • 양손 : 요리에 사용할 요리도구를 잇는 역할
       - 메모리와 유닛

           - 오른손
           	- 레지스터 : 처리할 명령어를 저장한다. (칼, 국자와 같은 지금 요리(연산)할 도구를 드는 손)
           - 왼손
           	- 캐시 메모리(L1) : 처리속도를 높여주는 역할. (왼손은 거들뿐)
            
            

     2.2 CPU의 동작
     • "기계어"를 모스부호처럼 하드웨어적으로 CPU가 알아 볼 수 있게 변환한게 "어셈블리어"
       • "어셈블리어"를 사람이 알아볼 수 있게 소프트웨어적으로 변환한게 "프로그래밍 언어"라고 보면 된다.
       • CPU가 명령어를 읽고 수행하는 동작
       1. 명령어 인출
          • CU가 이번에 수행할 명령어 정보를 가지고 온다.
       2. 명령어 해독
          • 명령어 정보를 성공적으로 인출했으면 명령어를 해독한다.
          • 보통 opcode라고 하는 명령어 코드를 인출하고 opcode의 성경에 맞게 레지스터들을 준비시킨다.
       3. 실행
          • 해독된 명령어를 수행한다. 예를 들어, 산순/논리 관련된 연산이라고 하면 ALU가 주체가 되어서 샐행된다.
       4. 반영
          • 이 명령어의 수행 결과를 반영함으로써 명령어 수행의 한 사이클이 끝이난다.
  3. 메모리
     - 명령에 대한 모든 연산은 결국 저장공간을 통해서 처리하게 된다.
     - 이는 요리 주문에 대해서 재료들을 둘 공간을 활용해서 요리를 만드는 것에 비유할 수 있다.
     - 레지스터 = CPU
     - 캐시메모리(SRAM), 메인 메모리(DRAM) = 주 기억장치
     - 하드디스트(HDD) = 보조 기억장치
     3.1 캐시 메모리 (L2, L3)
     - 캐시 메모리는 컴퓨터가 전원이 꺼지면 지워지지만 제일 빠르게 조회 할 수 있는 저장공간이다.
     - 푸드트럭에서는 선반에 꺼낸 재료를 올려서 요리하는 조리대이다.
     - L2, L3 캐시메모리는 메인 메모리에 있는 데이터를 캐시 메모리에 불러와 놓고, CPU가 필요한 데이터를 캐시에서 먼저 찾도록 하여 시스템 성능을 향상시켜준다.
     3.2 주 기억장치
     - 주 기억장치는 컴퓨터가 전원이 꺼지면 지워지지만 조금 더 빠르게 조회할 수 있는 저장공간이다.
     - 푸드트럭에서는 창고에서 가져온 재료를 넣어두는 선반공간이다.
     - 메인메모리 = 주기억장치 = RAM, 휘발성 메모리
     3.3 보조 기억장치
     - 보조 기억장치는 컴퓨터 전원이 꺼져도 지워지지 않는 저장공간.
     - 푸드트럭에서는 하단 또는 외부에 위치한 창고
  4. CPU와 메모리
     4.1 CPU와 메모리의 동작
     1. 주기억장치가 입력장치에서 입력받은 데이터 또는 보조기억장치에 저장된 프로그램을 읽어온다.
     • 주문대에 주문이 들어오면 요리사(CPU)가 주문표(입력데이터)를 선반(주기억장치)에 걸어두고 창고(보조기억장치)에서 필요한 레시피(프로그램)와 재료(저장 데이터)를 선반으로 가져온다.
     2. CPU는 프로그램을 실행하기 위해 주기억장치에 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 결과를 다시 주기억 장치에 저장한다.
     • 요리사는 선반에서 주문표에 따라서 레시피와 재료를 가지고 우뇌를 통해 연산을하고 오른손으로 요리를 만들어서 선반에 올려놓는다.
     3. 주기억장치는 처리 결과를 보조기억장치에 저장하거나 출력장치로 보내서 출력시킨다.
     • 선반에 올려놓은 요리는 수령대로 가져다주거나, 미리 손질한 요리재료라면 창고에 다시 넣어놓는다.
     4. CPU 내의 제어장치(CU)가 1~3번 과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 각 장치들을 제어한다.
     • 요리사의 좌뇌가 1~3번 과정에서 주문순서, 레시피 순서에 따라 요리를 하도록 양손을 제어한다.