ALU와 제어장치
- ALU : 레지스터를 통해 피연산자를 받아들임
- 제어장치 : 수행할 연산을 알려주는 제어 신호를 받아들임
- CPU가 메모리에 접근하는 속도가 CPU가 레지스터에 접근하는 속도보다 느리다
-> CPU 안에 레지스터가 있기 때문에 레지스터에 접근하는 속도가 메모리에 접근하는 속도보다 빠르다
ALU가 내보내는 대표적인 플래그
- 부호 플래그 : 연산한 결과의 부호를 나타냄
- 제로 플래그 : 연산 결과가 0인지 여부를 나타냄
- 캐리 플래그 : 연산 결과 올림수나 빌림수가 발생했는지 나타냄
- 오버플로우 플래그 : 오버플로우가 발생했는지 나타냄
- 인터럽트 플래그 : 인터럽트가 가능한지를 나타냄
- 슈퍼바이저 플래그 : 커널 모드로 실행 중인지 사용자 모드로 실행 중인지 나타냄
반드시 알아야 할 레지스터
- 프로그램 카운터 : 메모리에서 읽어 들일 명령어의 주소를 저장
- 명령어 레지스터 : 메모리에서 읽어 들인 명령어를 저장하는 레지스터
- 메모리 주소 레지스터 : 메모리의 주소를 저장하는 레지스터
- 메모리 버퍼 레지스터 : 메모리와 주고받을 값을 저장하는 레지스터
- 플래그 레지스터 : 연산 결과 또는 CPU 상태에 대한 부가적인 정보를 저장
- 범용 레지스터 : 다양하고 일반적인 상황에서 자유롭게 사용 -> 데이터와 주소를 모두 저장할 수 있음
- 스택 포인터 : 스택의 꼭대기를 가리키는 레지스터
- 베이스 레지스터 : 기준 주소 (해당 프로그램의 시작주소)
명령어 사이클과 인터럽트
- 명령어 사이클 : CPU가 하나의 명령어를 처리하는 과정(인출 -> 실행 사이클)을 반복하여 실행하는 주기
- 인터럽트 : CPU의 작업을 방해하는 신호
- 동기 인터럽트 : CPU가 예기치 못한 상황에 접했을 때 발생
- 폴트 : 예외를 처리한 직후 예외가 발생한 명령어부터 실행을 재개하는 예외
- 트랩 : 예외를 처리한 직후 예외가 발생한 명령어의 다음 명령어부터 실행을 재개하는 예외
- 중단 : CPU가 실행 중인 프로그램을 강제로 중단시킬 수밖에 없는 심각한 오류를 발견했을 때 발생
- 소프트웨어 인터럽트 : 시스텀 호출이 발생할때 나타남
- 비동기 인터럽트 (하드웨어 인터럽트) : 입출력 장치에 의해 발생
- 동기 인터럽트 : CPU가 예기치 못한 상황에 접했을 때 발생
하드웨어 인터럽트 처리 순서
- 입출력 장치는 CPU에 인터럽트 요청 신호를 보냄
-> 인터럽트 요청 신호 : CPU의 작업을 방해하는 인터럽트에 대한 요청
- CPU는 실행 사이클이 끝나고 명령어 인출 전 인터럽트 여부 확인
- CPU는 인터럽트 요청을 확인하고 인터럽트 플래그를 통해 현재 인터럽트를 받아들일 수 있는지 여부 확인
-> 인터럽트 플래그 : 인터럽트 요청 신호를 받아들일지 무시할지 결정하는 비트
- 인터럽트를 받아들일 수 있다면 CPU는 지금까지 작업을 백업
- CPU는 인터럽트 벡터를 참조하여 인터럽트 서비스 루틴을 실행
-> 인터럽트 벡터 : 인터럽트 서비스 루틴의 시작주소를 포함하는 인터럽트 서비스 루틴의 식별 정보
- 인터럽트 서비스 루틴 실행이 끝나면 이전에 백업해 둔 작업을 복구하여 실행 재개
-> 인터럽트 서비스 루틴 : 인터럽트를 처리하는 프로그램
빠른 CPU를 위한 설계 기법
- 클럭 : 컴퓨터의 모든 부품을 일사불란하게 움직일 수 있게 하는 시간 단위
- 클럭 속도 : 1초에 클럭이 몇 번 반복되는지를 나타냄 (단위 : 헤르츠 (Hz))
- 코어와 멀티 코어
- 코어 : 명령어를 실행 할 수 있는 하드웨어 부품
- 멀티 코어 : 코어를 여러 개 포함하고 있는 CPU
- 스레드와 멀티 스레드
- 스레드 : 명령어를 실행하는 단위
- 멀티코어 프로세서 : 명령어를 실행 할 수 있는 하드웨어 부품 (= 코어) 가 CPU 안에 두 개 이상 있는 CPU
- 멀티스레드 프로세서 : 하나의 코어로 여러개의 명령어를 동시에 실행 할 수 있는 CPU
명령어 병렬 처리 기법 : 명령어를 동시에 처리하여 CPU를 한시도 쉬지 않고 작동시키는 기법
- 대표적인 명령어 병렬 처리 기법
- 명령어 파이프 라이닝 : 명령어 파이프라인에 넣고 동시에 처리하는 기법
- 슈퍼스칼라 : CPU 내부에 여러 개의 명령어 파이프라인을 포함한 구조
- 비순차적 명령어 처리 : 명령어들을 순차적으로 실행하지 않는 기법
- 명령어 파이프라인 : 여러개의 명령어를 겹처서 사용
- 명령어 처리 과정
- 명령어 인출
- 명령어 해석
- 명령어 실행
- 결과 저장
- 파이프라인 위험
- 데이터 위험 : 의존적인 두 명령어를 무작정 동시에 실행하려고 하면 파이프라인이 제대로 작동하지 않음
- 제어 위험 : 프로그램 카운터의 갑작스러운 변화
- 구조적 위험 : 명령어들을 겹쳐 실행하는 과정에서 서로 다른 명령어가 동시에 같은 CPU 부품을 사용할 때
- 명령어 처리 과정
CISC와 RISC
- 명령어 집합 (ISA) : CPU가 이해할 수 있는 명령어 모음
- CISC : 복잡한 명령어 집합을 활용하는 컴퓨터
- RISC : 명령어의 종류가 적고 짧은 규격화된 명령어 사용
| CISC | RISC |
| 복잡하고 다양한 명령어 | 단순하고 적은 명령어 |
| 가변 길이 명령어 | 고정 길이 명령어 |
| 다양한 주소 지정 방식 | 적은 주소 지정 방식 |
| 프로그램을 이루는 명령어의 수가 적음 | 프로그램을 이루는 명령어의 수가 많음 |
| 여러 클럭에 걸쳐 명령어 수행 | 1클럭 내외로 명령어 수행 |
| 파이프라이닝하기 어려움 | 파이프라이닝하기 쉬움 |
기본미션 p.125 확인 문제 2번 정답
1 -> 플래그 레지스터
2 -> 프로그램 카운터
3 ->범용 레지스터
4 -> 명령어 레지스터
기본미션 p.155 확인 문제 4번 정답
답 : 코어
선택미션 Ch.05 코어와 스레드, 멀티 코어와 멀티 스레드의 개념을 정리하기
- 코어 : 명령어를 실행 할 수 있는 하드웨어 부품
- 스레드 : 명령어를 실행하는 단위
- 하드웨어적 스레드 : 하나의 코어가 동시에 처리하는 명령어 단위
- 소프트웨어적 스레드 : 하나의 프로그램이 독립적으로 실행되는 단위
- 멀티 코어 : 명령어를 실행할 수 있는 하드웨어 부품 (= 코어) 가 CPU 안에 2개 이상 있는 CPU
- 멀티 스레드 : 하나의 프로세스 내에서 둘 이상의 스레드가 동시에 작업을 수행하는 것