CPU 작동 원리

훈자 공부하는 컴퓨터 구조 와 운영체제/ 한빛미디어

ALU

레지스터를 통해 피연산자를 받아들이고, 제어장치로부터 수행할 연산을 알려주는 제어 신호를 받아들입니다.

결괏값을 레지스터에 저장하는 이유?

메모리에 접근해서 가져오는 속도 보다 레지스터에 접근해서 가져오는 속도가 빠르기 때문에

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플래그(Flag)

이진법: 0과 1로 숫자 표현하기

부호 플래그: 양수, 음수를 나타냄

제로 플래그 : 0을 나타냄

캐리 플래그 : 결괏값이 올림수나빌림수가 발생했는지 나타냄

오버플로우 플래그: 오버플로우 발생했는지 나타냄

인터럽트 플래그: 인터럽트가 가능한지를 나타냄

슈퍼바이저 플래그: 커널모드로 실행중인지, 사용자 모드로 실행 중인지를 나타냄

 

제로 플래그에 1이면 결과 값이 0이구나 라는걸 나타냄

부호플래그에 1일 경우 결과는 음수, 0이면 양수를 나타냄

 

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제어장치

제어신호를 내보내고, 명령어를 해석하는 부품

제어신호는 컴퓨터 부품들을 관리하고, 작동시키기 위한 일종의 전기신호

 

 

제어장치가 받아들이는 정보(IN)

클럭(Clock)

컴퓨터의 모든 부품을 일사불란하게 움직일 수 있게 하는 시간단위

클럭신호단위에 맞춰서 명령어들이 수행된다.

명령어 레지스터

해석할 명령어를 받아들이고 해석한 뒤, 제어 신호를 발생시켜 컴퓨터 부품들에 수행해야 할 내용을 알려줌3. 플래그

제어신호

시스템 버스 , 그중에서 제어 버스로 전달된 제어 신호를 받아들입니다.

제어버스를 통해 외부로부터 전달된 제어 신호를 받아들이기도 합니다.

제어장치가 내보내는 정보(OUT)

크게 2가지로 나뉜다!

CPU외부에 전달하는 제어신호 / CPU 내부에 전달하는 제어 신호

외부:

메모리에 저장된 값을 읽거나 메모리에 새로운 값을 쓰고 싶다면 메모리로 제어 신호를 내보냄

입출력장치의 값을 읽거나 입출력장치에 새로운 값을 쓰고 싶을때는 입출력장치로 제어 신호보냄

내부:

ALU에 전달하는 제어신호 : ALU에는 수행할 연산을 지시하기 위해,

**레지스터에 전달하는 신호:**레지스터에는 레지스터간에 데이터를 이동시키거나, 레지스터에 명령어를 해석하기 위해 내보냄

 

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레지스터 

반드시 알아야 할 레지스터 8가지

 

 프로그램 카운터

메모리에서 가져올 명령어의 주소(메모리에서 읽어 들일 명령어의 주소)

순차적인 흐름이 끊기는 경우

• 특정 메모리 주소로 실행 흐름을 이동하는 명령어 실행하는 경우
• 인터럽트 발생시
• ETC

명령어 레지스터

해석할 명령어(방금 메모리에서 읽어 들인 명령어)

CPU가 정보를 데이터 버스로 주고 받을때 거치는 레지스터

메모리 주소 레지스터

메모리의 주소를 저장

메모리 버퍼 레지스터

메모리와 주고 받을 값(데이터 와 명령어)

플래그 레지스터

연산 결과 또는 CPU 상태에 대한 부가적인 정보

범용 레지스터

다양하고 일반적인 상황에서 자유롭게 사용

스택 포인터

스택의 꼭대기를 가리키는 레지스터

스택 주소 지정 방식:스택 과 스택 포인터를 이용한 주소 지정 방식

 

베이스 레지스터

• 변위 주소 지정 방식: 오퍼랜드 필드의 값(변위) 과 특정 레지스터의 값을 더하여 유효 주소 얻기 2가지로나뉨
• 상대주소 지정 방식: 오퍼랜드 필드의 값(변위) 과 프로그램 카운터의 값을 더하여 유효 얻기
• 베이스 레지스터 주소 지정 방식: 오퍼랜드 필드의 값(변위)과 베이스 레지스터의 값을 더하여 유효 주소 얻기

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작동순서

1.프로그램 카운터에서 메모리에서 가져올 명령어의 주소 받기: 1000번지

2.메모리 주소 레지스터가 1000번지가 복사가 됨

3.메모리 버퍼 레지스터 메모리와 받을 값을 세팅: 값1101

4.프로그램 카운터는 하나 증가해서 다음으로 실행할 주소 세팅

5.제어장치가 해석해야될 명령어 레지스터에 1101 담김