CPU 구성 요소

배경

컴퓨터의 3대 구조는 중앙처리장치인 CPU, 기억장치인 메모리와 디스크, 입출력 I/O가 추가된다면 컴퓨터를 이루는 기본 골격이다. 여기서 CPU는 중앙처리장치로 컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램 실행의 연산 및 처리를 담당한다.

 

워드는 CPU가 한번에 처리할 수 있는 데이터 크기를 의미한다.만약 CPU가 한번에 16비트 처리가 가능하면 1워드는 16비트가 된다. 워드는 CPU마다 다르지만 현대 컴퓨터의 워드 크기는 대부분 32비트 혹은 64비트이다. 인텔의 X86 CPU는 32비트 워드이며 X64 CPU는 64비트 워드이다.

 

CPU 명령어 처리방식으로는 RISC, CISC가 있다.

 

CPU 정의

중앙처리장치로 컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램 실행의 연산 및 처리를 담당

 

CPU 3대 구성요소

• 연산장치 (ALU): 산술적인 연산과 논리연산을 담당
• 제어장치: 신호를 통해 데이터흐름 통제
• 레지스터: CPU 내부의 메모리

 

CPU 명령어 싸이클 및 동작과정

 

CPU 명령어 싸이클

(CPU가 한개의 명령어를 실행하는데 필요한 전체처리 과정으로 CPU가 프로그램 실행 순간부터 중단될때까지의 싸이클)

• fetch instruction: 주기억장치에서 필요한 명령어를 읽음
• decode instruction: 읽어온 명령어 해석
• execute instruction: 해석된 명령어를 ALU를 통해 산술 및 논리연산
• write back: 수행 결과를 주기억장치에 저장

CPU 동작과정

1. 처리해야할 데이터를 주기억장치 RAM에서 read하여 레지스터에 전달

2. 명령어를 제어장치가 해독하고 어떤 연산인지 ALU에 전달

3. ALU 연산

4. 결과를 주기억 장치 RAM에 저장

 

CPU 내부 버스를 포함한 구성요소

시스템버스 정의: 마이크로프로세서와 주기억장치간에 데이터를 전달하는데 사용

구성요소

• Arithmetic logic unit, ALU : 두 숫자의 (덧셈, 뺄셈같은) 산술연산과 (배타적 논리합, 논리곱, 논리합같은) 논리연산을 계산하는 디지털 회로입니다. 산술논리장치는 컴퓨터 중앙처리장치의 기본 설계 블록입니다.
• register set : CPU 내부에 위치한 기억장치입니다. 액세스 속도가 매우 빠르지만, 내부 회로가 복잡하여 큰 공간을 차지하기 때문에 CPU내부의 레지스터 개수는 제한적입니다. 용도에 따라 범용 레지스터와 특수 목적 레지스터로 구분됩니다.
• control unit : 컴퓨터에 있는 모든 장치들의 동작을 지시하고 제어하는 장치입니다. 제어장치는 명령 레지스터에서 읽어들인 명령어를 해독하여 해당하는 장치에게 제어 신호를 보내 정확하게 수행하도록 지시합니다.
• CPU 내부 버스 : ALU와 레지스터들 간의 데이터 이동을 위한 데이터, 주소 선들. 제어 장치로부터 발생되는 제어 신호를 전송하는 선들로 구성

 

시스템버스

• 제어버스(단방향): 제어, 타이밍 및 조정신호를 전달하여 다양한 기능 관리
• 주소버스 (단방향): 전송되는 데이터의 메모리 위치를 지정
• 데이터 버스 (양방향): 프로세서 메모리 및 주변 장치간의 실제 데이터 전달

 

시스템버스 및 레지스터를 포함한 CPU 내부구조

구성요소

• PC (Program Counter): 다음에 인출 명령어의 주소를 가진 레지스터
• AC (Accumulator): 누산기로 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터
• IR (Instruction Register): 가장 최근에 인출된 명령어의 코드가 저장
• MAR (Memory Address Register , 기억장치 주소 레지스터): PC에 저장된 명령어 주소가 시스템 버스로 출력되기전에 일시적으로 저장되는 주소 레지스터
• MBR (Memory Buffer Register, 기억장치 버퍼 레지스터): 기억장치에 쓰여질 데이터 혹은 기억장치로부터 읽혀진 데이터를 일시적으로 저장하는 버퍼레지스터

 

 

References

• https://velog.io/@ckstn0777/%EC%BB%B4%ED%93%A8%ED%84%B0%EA%B5%AC%EC%A1%B0-9htxi9jo

velog

https://wikidocs.net/63816

1.1.1 CPU의 구성 및 종류