오늘은 CPU (Central Processing Unit) 즉, 중앙처리장치에 대해서 공부해보자.
CPU란
컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램의 연산 실행 및 처리하는 가장 핵심적인 컴퓨터의 제어장치, 혹은 그 기능을 내장한 칩이다.
CPU는 컴퓨터에서 가장 핵심적인 역할을 수행하는 부분이다.
CPU는 컴퓨터에서 인간의 두뇌 역할을 하는데 크게 3가지의 기능을 수행한다.
1. 연산 : 덧셈, 뺄셈, 곱셈 등의 산술 연산과 논리곱, 논리합, 부정 등의 논리 연산을 수행한다. 두 가지 연간을 모두 수행하기에 산술 논리 연산 장치라고도 불린다. 연산장치는 연산에 필요한 데이터를 레지스터에서 가져오고, 연산 결과를 다시 레지스터로 보내 저장한다.
2. 제어 : 명령어를 순서대로 실행할 수 있도록하는 제어장치이다. 주기억장치에서 프로그램 명령어를 꺼내 해독한 다음, 해독한 결과에 따라 명령어 실행에 필요한 제어 신호를 기억장치, 연산장치, 입출력 장치로 보낸다. 또한 이들 장치가 보낸 신호를 받아 다음에 수행할 동작을 결정한다.
3. 저장 : 연산에 필요한 데이터, 연산 결과, 명령어 주소, 명령어 코드 등을 임시로 저장한다. 용도에 따라 범용 레지스터와 특수 목적 레지스터로 구분된다. 중앙처리장치의 종류에 따라 사용할 수 있는 레지스터의 개수와 크기가 다른 것도 기억해두면 좋다. 범용 레지스터란 연산에 필요한 데이터나 연산 결과를 임시로 저장하는 레지스터이다. 반면에 특수 목적 레지스터란 특별한 용도로 사용하는 레지스터로 용도와 기능에 따라 구분되는 레지스터이다.
특수 목적 레지스터 중 중요한 것들
- MAR(메모리 주소 레지스터) : 읽기와 쓰기 연산을 수행할 주기억장치 주소 저장
- PC(프로그램 카운터) : 다음에 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
CPU의 동작과정
1. 주기억 장치는 입력장치에서 입력받은 데이터 또는 보조기억장치에 저장된 프로그램을 읽어온다.
2. CPU는 프로그램을 실행하기 위해 주기억장치에서 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 결과를 다시 주기억장치에 저장한다.
3. 주기억장치는 처리결과를 보조기억 장치에 저장하거나 출력장치로 보낸다.
4. 제어장치는 1~3과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 각 장치를 제어한다.
명령어 세트란?
CPU가 실행할 명렁어의 집합
연산코드(Operation Code0 + 피연산자(Operand)로 이루어짐
연산코드 : 실행할 연산
피연산자 : 필요한 데이터 or 저장 위치
연산코드는 연산,제어,데이터전달, 입출력 기능을 가진다.
피연산자는 주소, 숫자/문자, 논리데이터 등을 저장한다.
CPU는 프로그램을 실행하기위해 주기억장치에서 명령어를 순차적으로 인출하여 해독하고 실행하는 과정을 반복한다.
CPU가 주기억장치에서 한번에 하나의 명령어를 인출하여 실행하는데 필요한 일련의 활동을 명령어 사이클이라고 말한다.
명령어 사이클은 인출/실행/간접/인터럽트 사이클로 나누어진다.
주기억장치의 지정된 주소에서 하나의 명령어를 가져오고, 실행 사이클에서는 명령어를 실행한다.
하나의 명령어의 실행이 완료돠면 그 다음 명령어에 대한 인출 사이클이 시작한다.
