컴퓨터구조: 컴퓨터 기본 구조와 프로세서

컴퓨터 기본 구조와 프로세서

디지털 컴퓨터는 세 가지 핵심 장치인 프로세서(Processor 혹은 CPU), 메모리, 입출력 장치로 상호 연결된다.

현대의 컴퓨터 시스템 구조는 폰 노이만이 만들었다.

프로세서, 메모리, 입출력 장치는 주소, 데이터, 전체 신호를 전송하기 위해 버스로 연결된다.

프로세서는 컴퓨터 두뇌에 해당하며, 메모리에 저장된 명령어를 가져와 해독하고 실행하는 기능을 한다.

프로세서 내부 장치들은 내부 버스로 연결되며, 입출력 장치 같은 외부 장치는 메모리와 시스템 버스로 연결된다.

프로세서 구성 요소

프로세서의 필수 요소 세 가지는 1) 산술 논리 연산 장치(ALU), 2) 제어 장치(CU), 3) 레지스터 세트(Register set)이다.

ALU는 산술 및 논리 연산 등 기본 연산을 수행한다.

CU는 메모리에서 명령어를 가져와 해독하고 실행에 필요한 장치들을 제어하는 신호를 발생시킨다.

레지스터는 ALU의 연산과 관련된 데이터를 일시 저장하거나 특정 제어 정보를 저장한다. 프로세서 내부에 있으므로 고속으로 읽고 쓸 수 있다.

특히 중요한 레지스터는 다음에 실행할 명령의 주소를 저장하고 있는 프로그램 카운터(PC)이며 현재 실행 중인 명령을 가진 명령 레지스터(IR)도 중요한 레지스터이다.

프로세서 기본 구조

ALU를 이용하여 오퍼랜드를 실행하고 결과를 저장하는 부분을 데이터 경로(data path)라고 하며 CPU의 핵심이다.

레지스터 세트(일반적으로 1~32개), ALU, CU 및 이들 장치를 연결하는 버스로 구성된다.

ALU는 입력에 대해 덧셈, 뺄셈 등 연산을 수행하고, 그 결과를 누산기(AC)에 저장한다. 대부분의 명령은 레지스터-메모리 / 레지스터-레지스터 중 하나로 분류 된다.

* 레지스터-메모리

메모리 워드를 레지스털 가져올 수 있으며, 바로 이어지는 명령에서 레지스터 내용을 ALU의 입력으로 사용할 수 있다. 다른 레지스터-메모리 명령을 사용하면 레지스터를 메모리에 다시 저장할 수 있다.

* 레지스터-레지스터

일반적인 레지스터-레지스터 명령은 레지스터에서 오퍼랜드 2개를 ALU의 입력 레지스터로 가져와 덧셈 또는 AND 같은 몇 가지 연산을 수행하고 그 결과를 레지스터 중 하나에 다시 저장한다.

 

프로세서 명령 실행

프로세서는 각 명령을 더 작은 마이크로 명령단계로 나누어 실행한다.

1. 다음에 실행명령어를 메모리에서 읽어 명령 레지스터(IR)로 가져옴

2. 프로그램 카운터(PC)는 그다음 명령어의 주소로 변경됨

3. 방금 가져온 명령어를 해독(decode)하고 유형을 결정

4. 명령어가 메모리에 있는 데이터를 사용하는 경우 그 위치를 결정

5. 필요한 경우 데이터를 레지스터로 옮김

6. 명령어 실행

7. 1단계로 이동하여 다음 명령어 실행

즉, 인출(fetch) - 해독(decode) - 실행(execute) 사이클