중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit)

중앙처리장치는 사람의 두뇌와 같은 역할을 한다. 컴퓨터 시스템에 부착된 모든 장치의 동작을 제어하고 명령을 실행하는 장치이다.

 

중앙처리장치는 제어장치(Control Unit), 연산장치(Arithmetic Logic Unit), 레지스터(Register)로 구성된다.

 

제어장치(Control Unit)

 

제어장치는 명령 레지스터에서 읽어들인 명령어를 해독하고 해당하는 장치에 제어 신호를 보내 명령을 수행하도록 지시한다.

 

• 프로그램 카운터(PC), 명령어 레지스터(IR), 부호기(제어신호 발생기), 명령어 해독기, 번지 해독기 등으로 구성되어 있다.
• 부호기(Encoder): 해독된 명령에 따라 제어 신호를 생성하는 회로
• 명령어 해독기(Decoder): 명령 레지스터에 있는 명령어를 해독하는 회로
• 번지 해독기: 명령 레지스터에 있는 명령어가 가지고 있는 번지를 해독하는 회로

 

명령어 실행 단계

• 인출(Fetch): 주기억 장치로부터 명령어를 읽어 해석한다.
• 간접(Indirect): 해석된 명렁어 주소가 간접주소일 때 수행한다. 주기억 장치에 한번 더 접근한다.
• 실행(Excute): 해석한 명령을 실행한다.
• 인터럽트(Interrupt): 예기치 않은 문제가 발생해도 업무 처리가 계속될 수 있도록 한다.
  • 하드웨어 인터럽트: 기계착오 인터럽트, 외부 인터럽트, 입출력 인터럽트, 프로그램 검사 인터럽트
  • 소프트웨어 인터럽트: CPU 내부에서 자신이 실행한 명령이나 관련 모듈이 변화하는 경우 발생
  • SVC(SuperVisor Call): 사용자가 SVC명령을 써서 의도적으로 호출한 경우, 복잡한 입출력 처리를 해야하는 경우, 기억장치 할당 및 오퍼레이터와 대화를 해야하는 경우 발생

 

 

연산장치(Arithmetic & Logic Unit)

 

연산장치는 제어장치의 명령에 따라 실제로 연산을 수행한다. 

• 산술연산(＋, －, ×, ÷), 논리연산(AND, OR, NOT, XOR), 관계연산, 이동(Shift) 등을 수행한다.
• 가산기(Adder), 누산기(AC, Accumulator), 보수기(Complementor), 데이터 레지스터, 오버플로 검출기, 시프트 레지스터 등으로 구성된다.

 

레지스터(Register)

 

레지스터는 CPU 내부에서 처리할 명령어나 연산의 중간 결과값을 임시로 기억하는 저장공간이다.

• 메모리 중에서 속도가 가장 빠르다.
• 새로운 데이터가 전송되면 기존 데이터는 지워진다.
• 연산 속도를 향상시키기 위해 사용한다.

 

프로그램 카운터(PC: Program Counter)	다음 명령어의 번지를 기억
명령 레지스터(IR: INstruction Register)	현재 실행 중인 명령 기억
누산기(AC: Accumulator)	연산 결과 임시 저장
상태 레지스터(Status Register) = PSWR(Program Status Word Register) = 플래그 레지스터(Flag Register)	시스템 내부 순간 순간의 상태가 기록된 PSW를 저장 제어장치와 연산장치의 실행 순서 제어
메모리 주소 레지스터(MAR: Meomry Address Register)	기억장치를 출입하는 데이터 번지 기억
메모리 버퍼 레지스터(MBR: Memory Buffer Register)	기억장치를 출입하는 데이터 임시 저장
인덱스 레지스터(Index Register)	반복 연산 횟수 계산
데이터 레지스터(Data Register)	연산에 사용될 데이터 기억
시프트 레지스터(Shift Register)	펄스에 의해 기억된 내용을 1 비트씩 이동

 

마이크로프로세서(Microprocesssor)

 

마이크로프로세서는 제어장치, 연산장치, 레지스터가 IC(Integrated Circuit)칩 하나에 내장된 형태다. 

RISC(Reduced Instrucsion Set Computer)	명령어 종류가 적어 전력 소비가 적음 속도가 빠름 레지스터 다수 필요 프로그램 복잡
CISC(Ceduced Instrucsion Set Computer)	명령어 종류가 많아 전력 소비가 많음 명령어 설계가 어려움 고가 레지스터를 적게 사용 프로그램 간단