4. CPU 작동원리

1. ALU 

• 개념 : 계산하는 부품
• 연산 과정
  1. 정보 받아들이기 : 레지스터 피연산자 + 제어 장치 제어 신호
  2. 연산하기
  3. 결과 내보내기 : 레지스터에 결과값 저장, 플래그 레지스터에 플래그 저장(결과에 대한 추가 정보)

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2. 제어장치

• 개념 : 제어 신호(컴퓨터 부품을 관리하고 작동시키기 위한 전기 신호)를 내보내고, 명령어를 해석하는 부품
• 받아들이는 정보
  • 클럭 신호
  • 해석해야할 명령어 from 명령어 레지스터
  • 플래그 값 from 플래그 레지스터
  • 제어 신호 from 제어 버스

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3. 레지스터

• 개념 : 임시 저장소
• 반드시 알아야할 레지스터
  • 프로그램 카운터 : 메모리에서 가져올 명령어 주소를 저장
  • 명령어 레지스터 : 해석할 명령어를 저장
  • 메모리 주소 레지스터 : 메모리의 주소를 저장하는 레지스터 
  • 메모리 버퍼 레지스터 : 메모리와 주고 받을 값을 저장하는 레지스터
  • 볌용 레지스터 : 일반적인 상황에서 자유롭게 데이터, 명령어를 저장
  • 플래그 레지스터 : 연산결과 또는 CPU상태에 대한 부가적인 정보를 저장
• 특정 레지스터를 이용한 주소 지정 방식
  • 스택 포인터 : 마지막으로 저장된 저장값의 위치를 저장
  • 베이스 레지스터 : 오퍼랜드의 필드값 + 특정 레지스터 값 = 유효 주소를 저장
    • 상대 주소 지정 방식 : 오퍼랜드 + 프로그램 카운터 값
    • 베이스 주소 지정 방식 : 오퍼랜드 + 베이스 레지스터 값

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3. 명령어 사이클과 인터럽트

• 명령어 사이클 : 하나의 명령어를 처리하는 정형화된 흐름
  • 인출 사이클 : 메모리에 있는 명령어를 CPU로 가져오는 단계
  • 실행 사이클 : CPU로 가져온 명령어를 실행하는 단계
  • 간접 사이클 : 간접 주소 지정 방식에서 피연산자의  실제 주소를 찾기위해 한번더 메모리에 접근하는 단계

 

• 인터럽트
  • 개념 : CPU의 작업을 방해하는 신호
  • 분류
    • 동기(예외)
      • CPU에 의해 일어나는 인터럽트
    • 비동기(하드웨어 인터럽트)
      • 특징
        • 주로 입출력장치에 의해 일어나는 인터럽트,
        • 알림과 같은 인터럽트, 완료 여부를 보내고, CPU는 주기적으로 확인함
      • 키워드
        • 인터럽트 요청 신호 : CPU 작업을 방해하는 인터럽트에 대한 요청
        • 인터럽트 플래그 : 인터럽트 신호를 받아들일지 무시할지를 정하는 비트
        • 인터럽트 벡터 : 인터럽트 서비스 루틴 시작 주소를 포함하는 인터럽트 서비스 루틴 식별 정보
        • 인터럽트 서비스 루틴 : 인터럽트를 처리하는 프로그램
      • 처리 순서
        1. 입출력장치 -> CPU에 인터럽트 요청 신호
        2. CPU 사이클이 끝나고 인터럽트 여부를 확인
        3. 인터럽트 플래그를 통해 인터럽트 받아들일 수 있는지 여부 확인
        4. 받아들일 수 있다면 CPU는 지금까지 작업 백업
        5. CPU는 인터럽트 벡터를 참조하여 인터럽트 서비스 루틴 실행
        6. 인터럽트 서비스 루틴 끝나면 백업해둔 작업 복구해서 재개