✅ 컴퓨터 구성
- 하드웨어 : 컴퓨터를 구성하는 기계적 장치
종류) 중앙처리장치(CPU), 기억장치(RAM, HDD), 입출력 장치(마우스, 프린터)- 소프트웨어 : 하드웨어의 동작을 지시하고 제어하는 명령어 집합
종류) 시스템 소프트웨어(OS, 컴파일러), 응용 소프트웨어(워드 프로세서, 스프레드시트)
✍️ 하드웨어
하드웨어는 시스템 버스(데이터와 명령 제어 신호를 각 장치로 실어나르는 역할)로 연결되어 있다.
🎈 1. CPU
- 주기억장치에서 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 명령어의 수행 순서를 제어함.
- 비교와 연산을 담당하는 산술논리연산장치(ALU)와 명령어의 해석, 실행을 담당하는 제어장치, 속도가 빠른 데이터 기억장소인 레지스터로 구성되어 있다.
🎈 2. 기억장치
- 프로그램, 데이터, 연산 중간 결과를 저장하는 장치
- 주기억장치(RAM), 보조기억장치로 나뉘며 실행중인 프로그램에 필요한 데이터 일시적으로 저장.
- 보조기억장치는 HDD 등을 말하며 주기억장치에 비해 속도는 느리지만 많은 자료 영구보관 가능
🎈 3. 입출력 장치
- 입력 장치는 컴퓨터 내부로 자료를 입력하는 장치들을 의미(키보드, 마우스)
- 출력 장치는 컴퓨터에서 외부로 표현하는 장치(모니터, 프린터, 스피커)
🎈 4. 시스템 버스
- 하드웨어 구성 요소를 물리적으로 연결하는 선으로, 구성 요소 간 데이터 연결 통로를 의미
- 용도에 따라 데이터 버스, 주소 버스, 제어 버스로 나뉨
🎈 4-1) 데이터 버스
- 중앙처리장치와 기타 장치 사이에 데이터 전달하는 통로
- 기억장치, 입출력장치의 명령어와 데이터를 CPU로 보내거나 CPU 연산 결과를 기억장치, 입출력 장치로 보내는 '양방향'버스
🎈 4-2) 주소 버스
- 데이터를 정확히 나르기 위해선 기억장치의 "주소"를 정해주어야 한다. '단방향'버스
🎈 4-3) 제어 버스
- 주소버스, 데이터버스는 모든 장치에 공유되기에 이를 제어할 수단이 필요함
- CPU가 기억장치, 입출력장치에 제어신호를 전달하는 통로를 의미, '양방향'버스
- 종류로 기억장치 읽기 및 쓰기, 버스 요청 및 승인, 인터럽트 요청 및 승인, 클락, 리셋 등
❗ 컴퓨터는 기본적으로 읽고 처리한 뒤 저장하는 과정으로 이루어져있다.
위 과정을 진행하며 끊임없이 주기억장치(RAM)과 소통하고 이때 운영체제가 64bit면 CPU는 RAM으로부터 데이터를 한 번에 64bit씩 읽어온다.
✅ CPU 작동 원리
🎈 1. 연산장치
- 산술연산과 논리연산 수행 (ALU라 불리기도 함)
- 연산에 필요한 데이터를 레지스터에서 가져와 연산 결과를 다시 레지스터로 보냄
🎈 2. 제어장치
- 명령어를 순서대로 실행하도록 제어하는 장치
- 주기억장치에서 프로그램 명령어 꺼내 해독, 그 결과에 따라 명령어 실행에 필요한 제어 신호를 기억장치, 연산장치, 입출력장치로 보냄
- 이들 장치가 보낸 신호를 받아서 다음 수행할 동작 결정
🎈 3. 레지스터
- 고속 기억장치
- 명령어 주소, 코드, 연산에 필요한 데이터, 연산 결과 등을 임시로 저장.
- 범용 레지스터: 연산에 필요한 데이터, 연산 결과 임시 저장
- 특수목적 레지스터: 특별 용도로 사용하는 레지스터
🎈 3-1) 특수목적 레지스터 중요한 것
MAR(메모리 주소 레지스터) : 읽기, 쓰기 연산 수행할 주기억장치 주소 저장
PC(프로그램 카운터) : 다음 수행할 명령어 주소 저장
IR(명령어 레지스터) : 현재 실행 중인 명령어 저장
MBR(메모리 버퍼 레지스터) : 주기억장치에서 읽어온 데이터 or 저장할 데이터 임시 저장
AC(누산기) : 연산 결과 임시 저장
✍️ CPU 동작 과정
- 주기억장치는 입력장치에서 입력받는 데이터, 보조기억장치에 저장된 프로그램을 읽어온다.
- CPU는 프로그램 실행을 위해 주기억장치에 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 결과를 다시 주기억장치에 저장한다.
- 주기억장치는 처리 결과를 보조기억장치에 저장하거나 출력장치로 보낸다.
- 제어장치는 1~3 과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 각 장치를 제어
✍️ 명령어 세트
: CPU가 실행할 명령어 집합
연산코드(실행연산) + 피연산자(필요한 데이터 or 저장위치)로 이루어짐
연산 코드: 연산 제어, 데이터 전달, 입출력 기능을 가짐
피연산자: 주소, 숫자/문자, 논리 데이터 등을 저장
- CPU는 프로그램 실행을 위해 주기억장치에서 명령어를 순차적으로 인출해 해독하고 실행하는 과정 반복
- CPU가 주기억장치에서 하나의 명령어를 인출해 실행하는데 필요한 일련의 활동을 '명령어 사이클'이라고 말함.
- 명령어 사이클은 인출/실행/간접/인터럽트 사이클로 나뉜다.
주기억장치의 지정된 주소에서 하나의 명령어를 가져오고 실행 사이클에서 명령어를 실행한다.
이후 하나의 명령어 실행이 완료되면 그 다음 명령어에 대한 인출 사이클 시작
✍️ 인출 사이클과 실행 사이클에 의한 명령어 처리 과정
- 인출 과정
T0 : MAR ← PC
T1 : MBR ← M[MAR], PC ← PC+1
T2 : IR ← MBR
- PC에 저장된 주소를 MAR로 전달
- 저장된 내용을 토대로 주기억장치의 해당 주소에서 명령어 인출
- 인출한 명령어를 MBR에 저장
- 다음 명령어 인출위해 PC 값 증가
- MBR에 저장된 내용을 IR에 전달
2 명령어 실행 과정
T0 : MAR ← IR(Addr)
T1 : MBR ← M[MAR]
T2 : AC ← AC + MBR
- 이미 명령어만 실행하면 되므로 PC 증가할 필요 X
- IR에 MBR의 값이 이미 저장된 상태를 의미
- AC에 MBR을 더해주기만 하면 됨
참고 사항
링크텍스트
To be a DataScientist