[Computer Architecture] 중앙 처리 장치(CPU) 작동 원리
CPU?
Central Processing Unit의 약자로, 컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램의 연산을 실행, 처리하는 가장 핵심적인 컴퓨터의 제어 장치
ALU?
Arithmetic and Logical Unit의 약자로, 산술 및 논리 연산을 수행하는 역할
CU?
Control Unit의 약자로, 명령어의 순서와 수행을 제어하는 역할
Register?
CPU가 요청을 처리하는 데 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 기억장치
CPU
CPU는 컴퓨터에서 연산, 제어, 저장 기능을 수행하고, 크게 연산 장치와 제어 장치, 레지스터로 구성되어 있다.
연산장치
덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈을 포함하는 산술 연산과, AND, OR, NOT의 비트 연산을 포함하는 논리 연산을 수행한다. 레지스터를 통해 입력받은 Operand(피연산자)와 CU로부터 받은 명령에 따라 연산을 수행한 후, 그 결과를 레지스터에 저장하고 메모리에 전송한다.
제어장치
시스템 전체의 효율적인 작동을 위해 제어 신호를 발생시키고, 이를 통해 다양한 하드웨어 구성 요소들을 조율하고 관리하는 역할을 한다. CPU에서 명령어를 꺼내 해독하고, 그 결과에 따라 명령어 실행에 필요한 제어 신호를 기억장치, 연산장치, 입출력장치로 보낸다.
레지스터
명령어 주소, 코드, 연산에 필요한 데이터, 연산 결과 등을 저장하고, 용도에 따라 범용 레지스터와 특수목적 레지스터로 구분된다.
- 범용 레지스터 : 연산에 필요한 데이터, 연산 결과를 저장
- 특수목적 레지스터 : 특별한 용도로 사용되는 레지스터
특수목적 레지스터
- PC(Program Counter) : 다음 수행할 명령어 주소 저장
- MAR(Memory Address Register) : 연산을 수행할 기억장치 주소 저장
- MBR(Memory Buffer Register) : 기억장치에서 읽어오거나 저장할 데이터 저장
- IR(Instruction Register) : 현재 실행 중인 명령어 저장
- AC(Accumulator) : 연산 결과 임시 저장
CPU의 동작 과정
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주기억장치는 입력장치에서 입력받은 데이터나 보조기억장치에 저장된 프로그램을 읽어온다.
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CPU는 프로그램을 실행하기 위해 주기억장치에 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 결과를 다시 주기억장치에 저장한다.
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주기억장치는 처리결과를 보조기억장치에 저장하거나 출력장치로 보낸다.
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제어장치는 전 과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 각 장치를 제어한다.
