[혼공컴운] 2주차_CPU의 작동원리/ CPU 성능 향상 기법

목차

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2주차 범위

Chapter 04: CPU의 작동원리
Chapter 05: CPU 성능 향상 기법

 

슬슬 인터럽트나 복잡한 주소 지정 방식이 나와서 어렵네요...

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학습 내용 정리

Chapter 04: CPU의 작동원리

 

ALU (산술논리연산장치)

ALU는 제어 신호와 피연산자를 받아들인다.

ALU는 결과값 및 플래그를 내보낸다.

 

플래그의 종류

• 부호 플래그
• 제로 플래그
• 캐리 플래그
• 오버플로우 플래그
• 인터럽트 플래그
• 슈퍼바이저 플래그

플래그는 플래그 레지스터에 저장된다.

 

 제어장치

제어 장치: 제어 신호를 내보내고 명령어를 해석하는 부품

제어 신호: 컴퓨터 부품을 관리, 작동시키기 위한 전기신호

 

제어장치의 역할

• 클럭 신호 받음
• 명령어를 받음
• 플래그 레지스터속 플래그값 받음
• 제어 버스로 받아들인 제어 신호를 받음

레지스터

• 프로그램 카운터: 메모리에서 읽어들일 명령어 주소  저장
• 명령어 레지스터: 메모리에서 읽은 명령어를 저장
• 메모리 주소 레지스터: 메모리의 주소 저장
• 메모리 버퍼 레지스터: 메모리와 주고받을 값을 저장
• 범용 레지스터: 데이터와 주소를 모두 저장 가능
• 플래그 레지스터: 연산결과, CPU상태의 부가적인 정보 저장

특정 레지스터를 이용한 주소 지정 방식

1. 스택 주소 지정 방식: 스택과 스택 포인터를 활용한 주소 지정 방식
2.  변위 주소 지정 방식

스택은 메모리 내부 스택 영역 에 위치함

 

변위 지정 방식의 종류

• 상대 주소 지정 방식: 오퍼랜드와 프로그램 카운터의 값을 더해 유효 주소를 얻음
• 베이스 레지스터 주소 지정 방식: 오퍼랜드와 베이스 레지스터의 값을 더해 유효 주소를 얻음

베이스 레지스터에 저장된 주소가 기준주소가 됨

 

명령어 사이클의 종류

• 인출 사이클: 명령어를 CPU로 가져옴
• 실행 사이클: 명령어를 실행
• 인터럽트 사이클: 인터럽트를 실행
• 간접 사이클: 명령어를 가져온 후 메모리 접근이 더 필요한 경우

인터럽트

인터럽트: CPU의 정상적인 작업을 방해하는 신호

 

인터럽트의 종류

• 동기 인터럽트(예외)
• 비동기 인터럽트(하드웨어 인터럽트): 주로 입출력장치에 의해 발생

참고) 동기와 비동기

동기식은 요청후 응답까지 대기, 비동기는 요청 후 응답을 대기하지 않는 방식입니다.

자세한 내용은 아래 내용 참고

https://wikidocs.net/227912

3.1 동기 vs. 비동기 프로그래밍

 

 

하드웨어 인터럽트 처리 과정

순번	내용
1	입출력 장치가 CPU에 인터럽트 요청 신호를 보냄
2	CPU는 실행사이클 종료 후 인터럽트 여부 확인
3	인터럽트 플래그 확인
4	인터럽트 플래그 확인 -> 인터럽트를 받을 수 있는 경우 작업을 백업
5	인터럽트 벡터를 참조, 인터럽트 서비스 루틴 실행
6	인터럽트 서비스 루틴 완료 후 백업해놓은 작업을 복구 후 실행

 

인터럽트 서비스 루틴(인터럽트 핸들러): 인터럽트를 처리하기 위한 프로그램

 

예외 종류

• 폴트
• 트랩
• 중단
• 소프트웨어 인터럽트

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Chapter 05: CPU 성능 향상 기법

클럭: CPU에서 연산을 조정하는 타이밍 신호

오버클럭: 최대 클럭 속도를 강제로 더 올리는 기법

 

코어: CPU내에서 명령어를 실행하는 부품

멀티코어: 코어를 여러개 포함하는 CPU

 

스레드: 실행 흐름의 단위

 

멀티 스레드 프로세서: 여러개의 하드웨어적 스레드를 지원하는 CPU

 

명령어 병렬 처리 기법

• 명령어 파이프라이닝: 동시에 여러개의 명령어를 겹처 실행
• 슈퍼스칼라: 여러개의 파이프라인 사용
• 비순차적 명령어 처리: 파이프라인 중단 방지를 위해 명령어를 비순차적으로 처리

ISA: 명령어 집합 구조

 

RISC 와 CISC

구분	RISC	CISC
명령어	적음(고정)	많음(가변)
레지스터수	많음	적음
처리속도	빠름	느림
프로그램 길이	길음	짧음
주소지정방식	단순하고 제한적	복잡하고 다양

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과제

기본 과제 : p.125 2번 문제
                 p.155 4번 문제

 

2. 설명에 맞는 레지스터를 보기에서 찾아 빈칸을 채워 보세요.
  - 프로그램 카운터, 명령어 레지스터, 플래그 레지스터, 범용 레지스터

 

• (1): 연산 결과 혹은 CPU상태에 대한 정보를 저장하는 레지스터
• (2): 메모리에서 가져올 명령어 주소를 저장하는 레지스터
• (3): 데이터와 주소를 모두 저장할 수 있는 레지스터
• (4): 해석할 명령어를 저장하는 레지스터

답: (1): 플래그 레지스터

     (2): 프로그램 카운터

     (3): 범용 레지스터

     (4): 명령어 레지스터

 

멀티코어 CPU를 도식화한 그림이다. 그림에 알맞은 용어를 쓰시오

 

[p.155 그림 참조]

정답: 코어

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심화 과제: 코어와 스레드, 멀티 코어와 멀티 스레드의 개념 정리

 

스레드: 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위

멀티 스레드: 하나의 프로세스 내에서 둘 이상의 스레드사 동시에 작업을 수행

코어: 명령을 실행하는 CPU 내의 단일 처리 장치

멀티 코어: 여러개의 독립 코어를 단일 집적회로로 이루어진 하나의 패키지로 통합한 CPU

 

요즘 나오는 pc들은 다 멀티코어라고 보시면 됩니다. 

심심하시면 한번 확인해보죠

 

ctrl+ alt +del 혹은 직접 작업관리자 여신 뒤에

성능 탭을 클릭합니다

그럼 우측 하단에 저렇게 표시가 되는데

저기서 코어 수가 표시됩니다

제 pc는 16개네요