CPU

기술노트

🧠 CPU 개요

⚙️ 컴퓨터의 핵심 CPU와 폰 노이만 구조

컴퓨터의 핵심 구성 요소는 CPU, 메모리, 디스크입니다. 여기에 I/O 장치를 포함하면 완전한 컴퓨터 시스템을 설명할 수 있습니다. 이 구조를 처음 제안한 사람은 존 폰 노이만(John von Neumann)입니다.

폰 노이만 구조의 핵심 특징:

  • 📌 명령어 → 실행 → 결과 저장을 순차적으로 수행
  • 📌 명령어와 데이터가 같은 버스로 이동
  • 📌 연산은 중앙 처리 장치(CPU)가 수행

⏱️ CPU의 속도: Hz와 Clock

CPU의 성능은 클럭 속도와 밀접한 관련이 있습니다.

  • Hz(헤르츠): 1초에 얼마나 많은 연산을 수행할 수 있는지 나타내는 단위
    • 예: 3GHz = 1초에 30억 번 연산 가능
  • Clock(클럭):
    • 전기적 펄스 신호
    • 클럭 1번 = CPU 명령어 1개 수행
    • 클럭이 빠를수록 처리 속도 ↑

🧩 CPU 구성 요소

  • 🔢 ALU (산술/논리 연산 장치)
  • 🧭 제어 장치 (Control Unit)
  • 🗃️ 레지스터 (Register)

🔢 ALU(산술 논리 연산 장치)

  • 산술 연산: +, −, ×, ÷
  • 논리 연산: AND, OR, XOR 등
  • 부동소수점(FPU), 정수 연산 처리
  • 연산에 필요한 값은 레지스터에서 읽어옴

🧭 제어 장치(Control Unit)

  • 명령어 해석 및 제어 신호 생성
  • 구성 요소:
 * PC(Program Counter): 다음 명령 주소
 * IR(Instruction Register): 현재 명령
 * Instruction Decoder: 명령 해석
  • 제어 방식:
 * 하드와이어드: 빠르나 유연성 ↓ (RISC에 적합)
 * 마이크로프로그램 방식: 유연성 ↑ (CISC에 적합)

🗃️ 레지스터(Register)

CPU 내부의 초고속 임시 저장장치입니다.

  • IR: 현재 명령어 저장
  • PC: 다음 명령어 주소
  • AC: 연산 결과 저장

🛠️ 명령어 수행 과정

CPU는 다음 순서로 명령을 처리합니다:

  1. 📥 Fetch – 명령어 읽기
  2. 🔍 Decode – 명령 해석
  3. 🛠️ Execute – 실행
  4. 💾 Write Back – 결과 저장
  • 명령어 구성 = Op-code + Operand
 * Op-code: 실행할 작업
 * Operand: 대상 데이터 또는 주소

🧱 명령어 구조: RISC와 CISC 비교

RISC (Reduced Instruction Set Computer)

  • 단순 명령어 조합
  • 파이프라이닝 최적화
  • 하나의 명령 = 한 클럭

CISC (Complex Instruction Set Computer)

  • 복잡한 명령어 지원
  • 한 명령에 여러 클럭 필요
  • 명령어 수 많음
RISC vs CISC
항목 RISC CISC
명령어 수 적음 많음
실행 속도 빠름 느림
설계 복잡도 단순 복잡
대표 예시 ARM, MIPS Intel x86

🚀 EPIC: RISC의 한계를 넘다

EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing)는 Intel과 HP가 공동 개발한 64비트 아키텍처입니다.

  • 병렬 처리 명령어를 컴파일러가 명시
  • 128개 이상의 레지스터 사용
  • 컴파일 단계에서 병렬 실행 가능한 명령 그룹화
  • RISC보다 높은 성능 제공

📚 참고 자료

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