[컴퓨터시스템구조] 4강 CPU의 구성요소, 명령어 사이클, 명령어 파이프라이닝

* CPU의 구성요소

컴퓨터에서 가장 중요한 장치, 중앙처리장치라 부른다.

 

산술논리장치(ALU)

연산장치는 덧셈을 위한 가산기, 연산에 이용되는 데이터나 연산결과등을 일시적으로 보관하는 누산기, 데이터를 보관하는 레지스터, 보수를 만드는 보수기와 연산후에 CPU의 상태를 나타내는 상태 레지스터로 구성

ALU 장치는 수치형 연산과 비수치형 연산으로 구분

 

2. 레지스터

레지스터는 기억장치

중앙처리장치 안에 있는 기억장치를 레지스터라 한다.

중앙처리장치 내에 존재하기 때문에 레지스터의 수에 제한이 있다.

일반적으로 레지스터의 비트수는 보통 중앙처리장치의 버스의 핀 수와 일치

 

3. 제어장치(CU : Control Unit)

주기억장치에 있는 프로그램, 즉 명령어를 순서대로 불러와서 그 명령어를 해독한 다음 컴퓨터의 각 장치에 신호를 보내서 프로그램을 처리하는 장치

제어장치에는 2가지 제어기능이 있는데 프로그램 내의 명령들이 순서에딸 수행되도록 하기 위한 기능과 프로그램 내의 각 명령의 연산자 부분이 표시하는 명령이 올바로 수행되도록 하기 위한 기능이 있다.

 

4. 내부버스

중앙처리장치의 연산장치와 레지스터 간의 정보전송경로를 내부버스라 하고 중앙처리장치와 외부장치 간의 정보전송경로를 외부버스라 한다

외부버스는 중앙처리장치와 주기억장치 간의 주기억장치버스, 중앙처리장치와 입출력장치 간의 입출력버스가 있다

중앙처리장치의 내부버스에 연결된 각 레지스터들은 정보를 교환 가능하다

 

* 명령어 사이클

 

마이크로 연산

마이크로 연산은 1개의 클록 펄스 동안 레지스터의 데이터가 실행하는 것으로 명령어 수행의 기본 동작이다.

연산이란 명령어의 일부로서 덧셈, 뺄셈 등을 실행하는 코드

 

2. 마이크로 사이클

컴퓨터의 모든 동작은 클록 발생기에 의해 제어된다

하나의 마이크로 연산이 수행되는 과정을 사이클이라 하고 하나의 마이크로 연산에 걸리는 시간을 마이크로 사이클 타임이라고 하며 CPU의 속도를 나타낸다.

 

3. 명령어 인출 사이클(fetch cycle)

주기억장치에서 명령어를 읽어 오는 단계를 인출 사이클이라 한다

 

4. 명령어 실행 사이클(execute cycle)

인출, 간접, 인터럽트 사이클은 단순하기 때문에 일어날 동작들을 예측할 수 있다.

* 명령어 파이프라이닝

명령어 파이프라인은 명령어를 읽어 순차적으로 실행하는 프로세서에 적용되는 기술로 한번에 하나의 명령어만 실행하는 것이 아니라 하나의 명령어가 실행되는 도중에 다른 명령어 실행을 시작하는 식으로 동시에 여러 개의 명령어를 실행하는 기법이다.