CPU 작동원리

CPU는 컴퓨터의 두뇌 역할을 하며 아래와 같이 크게 3가지로 구성된다.

연산 장치

산술연산과 논리연산을 수행한다. 덧셈, 뺄셈 등이 산술연산이고 논리곱, 논리합, 부정 등이 논리연산이다.
연산에 필요한 데이터를 레지스터에서 가져오고, 연산 결과를 다시 레지스터로 보낸다.

제어 장치

명령어를 순서대로 실행 할 수 있도록 제어하는 장치이다.
주기억장치에서 프로그램 명령어를 꺼내 해독하고, 그 결과에 따라 명렁어 실행에 필요한 제어 신호를 기억 장치, 연산 장치, 입출력 장치로 보낸다.
또한 이들 장치가 보낸 신호를 받아, 다음에 수행할 동작을 결정한다.

레지스터

고속 기억 장치이다. 명령어 주소, 코드 연산에 필요한 데이터, 연산 결과 등을 임시로 저장한다.
용도에 따라 범용 레지스터와 특수목적 레지스터로 구분된다. 범용 레지스터는 연산에 필요한 데이터나 연산 결과를 임시 저장한다. 특수목적 레지스터는 특별한 용도로 사용하는 레지스터이다. 예를 들어 MAR(메모리 주소 레지스터, 읽기와 쓰기 연산을 수행할 주기억장치 주소 저장), PC(프로그램 카운터, 다음에 수행할 명령어 주소 저장), IR(명령어 레지스터, 현재 실행 중인 명령어 저장) 등이 있다.

동작 과정

1. 주기억장치는 입력장치에서 입력 받은 데이터 또는 보조기억장치에 저장된 프로그램을 읽어온다.
2. CPU는 프로그램을 실행하기 위해 주기억장치에 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 결과를 다시 주기억장치에 저장한다.
3. 주기억장치는 처리 결과를 보조기억장치에 저장하거나 출력장치로 보낸다.
4. 제어장치는 1~3 과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 각 장치를 제어한다.

명령어 세트

CPU가 실행할 명령어의 집합을 명령어 세트라고 한다. 연산코드 + 피연산자로 이루어진다. 연산코드는 연산, 제어, 데이터 전달, 입출력 기능을 가지고, 피연산자는 주소, 숫자, 문자, 논리 데이터 등을 저장한다.