CPU의구성도

 

 CPU의 구성도
CPU의 내부 구성은 크게 산술/논리 연산 장치(ALU), 제어 장치와 레지스터로 구성되어 있다. 산술은 덧셈을 수행하는 것이고, 제어 장치는 시그럴을 통해서 데이터 흐름을 통제하는 것이며 레지스터는 CPU내부의 메모리이다.

CPU의 내부 구성 산술 논리 연산장치 산술논리연산장치(ALU: Arithmetic Logic Unit)는 산술적인 연산과 논리적인 연산을 담당하는 장치로 가산기, 보수기, 누산기, 기억 레지스터, 데이터 레지스터 등으로 구성된다. 캐시나 메모리로부터 읽어 온 데이터는 레지스터(Register)라는 CPU 전용의 기억장소에 저장되며, ALU는 레지스터에 저장된 데이터를 이용하여 덧셈, 곰셈 등과 같은 산술 연산을 수행한다. 부동소숫연산장치(FPU)와 정수연산장치, 논리연산(AND, OR 등)장치 등이 있다.

CPU의 내부구성 요소 중 제어 장치 제어장치는 CPU가 자신 및 주변기기들을 컨트롤하는 장치로, 프로그램의 수행 순서를 제어하는 프로그램 계수기(program counter), 현재 수행중인 명령어의 내용을 임시 기억하는 명령 레지스터(instruction register), 명령 레지스터에 수록된 명령을 해독하여 수행될 장치에 제어신호를 보내는 명령해독기(instruction decoder)로 이루어져 있다.

CPU의 내부 구성 레지스터 레지스터(Register)는 중앙처리장치(CPU) 내부에 있는 기억장치이다. 주로 산술 연산 논리장치에 의해 사용되는 범용 레지스터(General-Purpose Register)와 PC 등 특수 목적에 사용되는 전용 레지스터(Dedicated-Purpose Register)로 구분할 수 있다. 아래는 16bit Machine의 레지스터 구조이다.
레지스터의 종류는 IR(Instruction Register), PC(Program Counter), AC(Accumulator)가 있다. 각각 CPU의 내의 메모리로 다음과 같이 사용된다.
레지스터의 종류 IR (Instruction Register): 현재 수행 중에 있는 명령어 부호를 저장하고 있는 레지스터 PC (Program Counter): 명령이 저장된 메모리의 주소를 가리키는 레지스터 AC (Accumulator): 산술 및 논리 연산의 결과를 임시로 기억하는 레지스터
명령어 구조 명령어는 시스템이 특정 동작을 수행시키는 작은 단위이다. 명령어는 코드로 되어 있는데, 아래와 같이 동작코드(Op-code : Operational Code)와 오퍼랜드(Operand)로 구성되어 있다. 명령어(Instruction) = 동작 코드 + 오퍼랜드 (Operand) 동작 코드 (Op-code) : 각 명령어의 실행 동작을 구분하여 표현 오퍼랜드 (Operand) : 명령어의 실행에 필요한 자료나 실제 자료의 저장 위치

명령어 수행 과정
CPU가 하나의 명령(Operation)을 처리하는 과정은 다음과 같다.
(1) 읽기(Fetch Instruction): 메모리에서 명령을 가져온다. 
(2) 해석(Decode Instruction): 명령을 해석한다. 
(3) 실행(Execute Instruction): 명령을 수행한다. 
(4) 기록(Write Back): 수행한 결과를 기록한다.
명령어를 수행하기 위해서 명령어를 가져오는데 이를 Fetch라 한다. Fetch 사이클은 아래와 같다.
Program Counter (PC)는 Fetch할 다음의 명령어 주소를 갖고 있다. 프로세스는 PC가 가리키는 주소위치에서 명령어를 가져오면서 PC를 증가시키고 명령문은 Instruction Register(IR)에 Load된다. Load된 명령어는 수행 과정이 진행되는데, 명령어를 수행하는 Execute Cycle Fetch과정에서 가져온 명령어를 실제 ALU(가산기)에서 처리하게 된다.

 

 

참고REF
https://gthousand.tistory.com/16(이미지)
https://wikidocs.net/63816
키워드로 풀어본 컴퓨터구조