CPU (Central Processing Unit)

CPU (Central Processing Unit) 

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1. CPU (Central Processing Unit)의 개요

 1-1. CPU (Central Processing Unit)의 정의

 - 컴퓨터의 가장 중요한 부분으로서 명령을 해독하고, 산술논리연산이나 데이터 처리를 실행하는 장치
 - 프로그램의 실행과 데이터 처리하는 중추적 기능의 수행을 담당하는 요소

 

 1-2. CPU가 수행하는 세부동작

 1) 공통적 동작 : 

  - 명령어 인출 (Instruction Fetch), 기억장치로부터 명령어를 읽어옴

  - 명령어 해독 (Instruction Decode), 수행해야 할 동작을 결정하기 위해서 인출된 명령어를 해독

 2) 필요시 수행

   - 데이터 인출 (Data Fetch) , 명령어 실행을 위하여 데이터가 필요한 경우에는 기억장치 또는 입출력장치로부터 그 데이터를 읽어옴
   - 데이터 처리 (Data Process), 데이터에 대한 산술적 또는 논리적 연산을 수행
   - 데이터 쓰기 (Data Store), 실행한 결과를 저장

 

2. CPU (Central Processing Unit) 구조와 구성요소

 2-1. CPU (Central Processing Unit)의 구조

ALU, 레지스터, 제어유닛, 내부버스로 구성

 2-2. CPU (Central Processing Unit)의 구성요소

 1) ALU
  - Arithmetic and Logic Unit
  - 각종 산출연산들과 논리연산을 수행하는 회로들로 이루어진 하드웨어 모듈
  - 산술연산: 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈
  - 논리연산: AND, OR, NOT, XOR 등

 2) 레지스터
  - CPU 내부에 위치한 엑세스 속도가 가장 빠른 기억장치
  - PC(프로그램 카운터), IR(명령어 레지스터), AC(누산기), MAR(기억장치 주소 레지스터), MBR(기억장치 버퍼 레지스터), SP(스택포인터)

 3) 제어유닛
  - 프로그램 코드(명령어)를 해석하고, 그것을 실행하기 위해 제어 신호들(Control Signal)을 순차적으로 발생하는 하드웨어 모듈

 4) CPU 내부버스
  주소버스
   - CPU가 외부로 발생하는 주소정보를 전송하는 신호 선들의 집합
  데이터버스
  - CPU가 기억장치 혹은 I/O장치와 사이에 데이터를 전송하기 위한 신호선의 집합
  제어버스
  - CPU가 시스템 내의 각종 요소들의 동작을 제어하는데 필요한 신호선의 집합

 

3. 명령어 사이클의 종류와 CPU 구성요소의 관계

 1) 인출 사이클
    - 프로그램 카운터(PC)가 가리키는 기억장치 위치로부터 명령어를 인출해옴
    - 레지스터(PC, MAR, MBR, IR), CPU 내부버스

 2) 실행사이클
    - CPU가 인출된 명령어 코드를 해독(Decode)하고, 그 결과에 따라 필요한 연산을 수행
    - 레지스터(AC), ALU, 제어유닛

 3) 인터럽트사이클
    - 인터럽트 요구신호를 검사하고, 현재의 PC 내용을 스택에 저장한 다음에 PC에 해당 ISR의 시작주소를 적재하는 과정
    - 레지스터(MBR, PC, MAR, SP)

  4) 간접사이클
    - 실행 사이클이 시작되기 전에 그 데이터의 실제 주소를 기억장치로부터 읽어오는 과정
    - 레지스터(MAR, IR, MBR), CPU 내부버스