[컴퓨터공학개론 과제] 중앙처리장치(Control Processing Unit, CPU)

■ 중앙처리장치(Control Processing Unit, CPU)

 

1. 개요

중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU)는 프로그램의 명령어를 해석하여 데이터를 연산 및 처리하고 시스템을 제어하는 가장 핵심적인 컴퓨터의 제어장치, 혹은 그 기능을 내장한 칩을 말한다. 중앙처리장치 중에서도 특히 하나의 칩으로 이루어진 중앙처리장치를 마이크로프로세서(Microprocessor)라고도 한다.

 

▲ Intel CPU

▲ AMD CPU

 

중앙처리장치는 컴퓨터의 연산 기능, 제어 기능, 기억 기능 등 인간의 두뇌에 해당하는 매우 중요한 역할을 담당한다. 이러한 중앙처리장치의 핵심 기능들에 대한 성능을 결정하는 데에는 코어의 개수와 클럭(Clock) 속도의 비중이 가장 크다.

 

2. 산술 논리 연산장치(Arithmetic Logic Unit, ALU)

ㄱ. 산술 연산 기능: 사칙연산(＋, －, ×, ÷), 나머지 연산(%)(MOD) 등

ㄴ. 논리 연산 기능: AND, OR, NOT 등

★ 산술 논리 연산장치(Arithmetic Logic Unit, ALU) 구성

1) 가산기(Adder) : 2개의 수를 더하는 회로
2) 보수기(Complementer): 보수를 구하는 회로. 감산에 활용
3) 누산기(Accumulator): 가산기에서 연산한 결과를 임시 보관하는 레지스터
4) 데이터 레지스터(Data Register): 연산 대상 자료를 임시 보관하는 레지스터
5) 상태 레지스터(Status Register): CPU의 상태를 나타내는 레지스터 (=처리기 상태 단어(Program Status Word, PSW))

 

 

3. 제어 장치(Control Unit)

ㄱ. 제어 기능: 연산장치의 동작 및 레지스터 사이의 자료 이동 제어

ㄴ. 해독 기능: 메모리에서 가져온 명령어 해독

★ 제어 장치(Control Unit) 구성

1) 프로그램 계수기(Program Counter, PC)
    ▶ 다음에 실행할 명령어가 저장된 주소를 기억하고 있는 레지스터
    ▶ 명령 계수기(Instruction Counter) 또는 위치 계수기(Location Counter)라고도 함
2) 명령 레지스터(Instruction Register, IR)
    ▶ 현재 실행 중인 명령어를 기억하는 레지스터
3) 명령 해독기(Instruction Decoder)
    ▶ 명령어의 연산자 부분(OP-Code)을 제어 신호로 번역
4) 제어 신호 발생기(Control Signal)
    ▶ 명령 해독기에서 보내온 제어 신호를 각 장치에 전달
5) 메모리 주소 레지스터(Memory Address Register, MAR)
    ▶ 프로그램 수행에 필요한 명령어 또는 데이터의 주소를 보관
    ▶ 메모리 레지스터(Address Register)라고도 함
6) 메모리 버퍼 레지스터(Memory Buffer Register, MBR)
    ▶ 명령 레지스터나 프로그램 계수기가 가리키는 주소에 저장된 내용을 보관
    ▶ 데이터 레지스터(Data Register)라고도 함

 

 

4. 레지스터(Register)

중앙처리장치(CPU)에 위치한 고속 소용량 기억장치.

 

ㄱ. 기억 기능: 명령 수행에 필요한 자료를 임시로 보관

ㄴ. ALU 내의 레지스터 및

• 누산기: 연산 결과 기억
• 데이터 레지스터: 연산 대상 자료 기억
• 상태 레지스터(PSW): CPU의 상태 기억

ㄷ. Control Unit 내의 레지스터

• 프로그램 계수기: 다음에 실행할 명령어 기억
• 명령 레지스터: 실행 중인 명령어 기억
• 메모리 주소 레지스터(MAR): 주소 기억
• 메모리 버퍼 레지스터(MBR): 데이터 기억