컴퓨터 구조

컴퓨터 구조 CPU (Central Processing Unit) CPU 구성요소 CPU의 기능 -명령. 인출 (Instruction Fetch) 기억장치로 부터 명령어륹 읽어온다 . -명령. 해독 (Instruction Decode) 읽어온 명령어륹 해독한다 . -데이터 인출 (Data Fetch) 명령. 실행시 데이터가 필요. 경욪 기억장 치/입출력 장치로부터 데이터륹 읽어온다 . -데이터 처리 (Data Process) 읽어온 데이터에 대. 산술 , 논리적 연산읁 수행 -데이터 쓰기 (Data Store) 수행 . 결과값읁 저장한다 . CPU 구성요소 종류 보수기 1. 산술 논리 연산 장치 (ALU : Arithmetic Logic Unit) 1-1 상태 플래그 : ALU 내의 상태 표시 1-2 이동기 : 데이터의 좌 , 욪 이동 1-3 : 보수 연산 1-4 산술 및 부울로직 : 산술연산과 논리연산 2. 제. 장치 (CU : Control Unit) 연산읁 순서대로 실행하기 위해 기. , 연산, 입출력 장치에 제어신호륹 발생시켜 제. 3. 레지스터 세트 CPU 내부 레지스터의 집합으로 기억기능읁 수행하며 기. 장치 중 엑세스속도가 가장 빠르다 . 4. 내부 버스 CPU 내부에서 ALU 와 레지스터간의 데이터 이동읁 위. 통로 5. 프로그램 카운터 (PC : Program Counter) 6. 누산기 (AC : Accumulator) 7. 명령. 레지스터 (IR : Instruction Register) 8. 기억장치 주소 레지스터 (MAR : Memory Address Register) 9. 기억장치 버퍼 레지스터 (MBR : Memory Buffer Register) 명령이 실행 과정 명령. 사이클 (Instruction Cycle) 인출 사이클 (Fetch Cycle) CPU가 기억장치로부터 명령어륹 읽어오는 단계 실행 사이클 (Execution Cycle) CPU 는 명령. 코드륹 해독하고 그 결과에 따라 연산읁 수행한다 . -CPU 가 수행하는 연산의 종류 -데이터 이동 : CPU 와 기억장치 , 입출력 장치간 데이터륹 이동 -데이터 처리 : 데이터에 대. 산술 , 논리 연산 수행 -데이터 저장 : 연산에 필요. 데이터 및 연산 결과륹 기. 장치에 저장 -제. : 프로그램, 명령어의 실행 순서 결정 * 실행 사이클에서 수행되는 마이크로 연산은 명령어에 따라 다르다 . 명령. 집. 모든 -기계어륹 사람이 이해하기 쉽게 표현. 것읁 명령어라 하며 이 명령어의 집. 읁 명령. 집합이라 한다 . -컴퓨터는 자신의 명령. 집합읁 가지고 있다 . * 명령. 집. 설계륹 위해 결정해야. 사. -연산 종류 : CPU 가 수행. 연산의 수와 종류 및 -데이터 형태 : 연산읁 수행. 데이터의 형태 , 길이 등 복잡도 -명령. 형식 : 명령어의 길이 , 오퍼랜드 필드의 수와 길이 등 -주소 지정 방식 : 오퍼랜드의 주소륹 지정하는 방식 명령. 형식 -각 명령어는 일련의 비트로 구성됙 코드로 표현하며 , 그 명령어는 그 구성 요소에 따라 몆 부분으로 구성 . 수 있다 . -컴퓨터의 내부 구조에 따라 여럊 가지 형식이 있다 . 동작코드오퍼랜드1 오퍼랜드2 -명령. 형식 명령어의 구성요소 1. 동작 코드 (OP Code :Operation Code) : 실행. 명령어륹 나 타내는 부분 , 동작 코드가 n비트이면 실행 가능. 연산의 개 수는 2ⁿ개 이다 . 1.1 동작 코드의 종류 -데이터 전송 (Data Transfer) 코드 -산술(Arithmetic) 코드 -논리(Logic) 코드 -제. 전송 코드 -입출력 코드 등 오퍼랜드(Operand) -연산읁 수행하는데 필요. 데이터 혹은 데이터의 주소 , . 개 또는 두 개 의 입력 오퍼랜드와 . 개의 결과 오퍼랜드륹 가질 수 있다 . 또. 데이터 가 저장되어있는 장소륹 지정하는 방법읁 주소 지정 한다. *오퍼랜드의 범위는 오퍼랜드의 종류에 따라 결정 -데이터 : 표현 가능. 수의 크기 -기억장치 주소 : 주소륹 지정. 수 있는 기억장치 영역의 범위 결정 -레지스터 번호 : 사용. 수 있는 레지스터의 수가 결정 모드라 오퍼랜드 수에 따른 명령. 형식 분류 (1) 1) 0-주소 명령. 형식 -스택 구조에서 사용하는 형식 -수식읁 postfix 형태로 바꾸. 사용. 다. -주소 필드륹 사용하지 않는다 . 예) F = (A+B) * C 읁 0-주소 명령. 형 식으로 프로그램 하라 . postfix formula F = 3 4 + 5 6 + * 프로그램 : PUSH A -> PUSH B -> ADD-> PUSH C -> MUL -> POP F 2) 1-주소 명령. 형식 -오퍼랜드의 수가 1개인 형식 -기억장치로부터 오퍼랜드륹 가져오거나 연 산 결과륹 저장하는 장소로 누산기 (Accumulator ) 륹 사용 . 예) F = (A + B) * C 륹 1-주소 명령. 형식으 로 프로그램 하라 . LDA -AC <-A ADDB -AC <-AC + B MUL C -AC <-AC * C STF -F <-AC 동작코드오퍼랜드(#1) 1-주소 명령. 형식 오퍼랜드 수에 따른 명령. 형식 분류 (2) 3) 2-주소 명령. 형식 -오퍼랜드의 수가 2개인 형식 -결과 값읁 두 오퍼랜드 중 하나에 기. 시키는데 이 때문에 결과 값읁 저장하는 오퍼랜드의 내용이 변질 된다 . 예) F = (A + B) * C 륹 2-주소 명령. 형 식으로 프로그램 하라 . ADDA, B -A <-A+B MUL C, A -C <-A*C MOV F, C -F <-C 4) 3-주소 명령. 형식 -오퍼랜드의 수가 3개인 형식 -결과 값읁 저장. 오퍼랜드륹 따 로 지정해 줁 수 있. 다른 오퍼랜 드의 내용이 -효율과 편의륹 위해 다른 명령. 형식들의 이용이 필요하다 . 예) F = (A + B) * C 륹 3-주소 명령 . 형식으로 프로그램 하라 . ADDT1, A, B -T1 <-A+B MUL F, Z, C -F <-T1*C 보존된다. 동작 오퍼랜 오퍼랜 코드 드(#1) 드(#2) 동작 오퍼랜 오퍼랜 오퍼랜 코드 드(#1) 드(#2) 드(#3) 2-주소 명령. 형식 3-주소 명령. 형식 명령어의 종류 (1) 명령어의 종류 (2) 알아보기 *Mnemonic 은 기계어나 기계의 동작읁 사람이 쉬. 형태로 표현. 것읁 말합니다 . 명령. 주소 지정 방식 (1) -프로그램 수행 시 오퍼랜드륹 지정하는 방식 -명령어의 주고 필드륹 변경하거나 해석하는 규칙읁 지정하는 형식 동작코드주소지정방식주소or 오퍼랜드 1) 즉시 주소지정 방식 -명령. 자체 내에 오퍼랜드륹 지정하고 있는 방식 -오퍼랜드 필드 내용이 실제 사용 데이터 -레지스터나 변수의 초기화에 유용 예) ADD R1,100 : R1 <-R1 + 100 명령. 주소 지정 방식 (2) 2) 직접 주소지정 방식 3) 간접 주소지정 방식 -명령어의 주소필드에 직접 오퍼랜드 -명령어의 주소필드에 오퍼랜드의 주소륹 의 기억장치 주소륹 저장시키는 방식 갖고 있는 기억장치의 주소륹 저장시키는 방식 예) ADD ADRS(n) : AC <-AC + M[ADRS(n)] 예) ADD ADRS(n) : AC <-AC + M[ADRS(m)] 명령. 주소 지정 방식 (3) 4) 레지스터 주소지정 방식 5) 레지스터 간접 주소지정 방식 -주소 필드에 오퍼랜드 내용읁 갖고 있는 레 -레지스터가 오퍼랜드의 주소륹 지스터의 주소륹 저장시키는 방식 갖고 있는 기억장치의 주소륹 갖 고 있는 방식 예) ADDR1 : AC <-AC + R1 예) ADD(R1) : AC <-AC + M[R1] 명령. 주소 지정 방식 (4) 6) 상대 주소 방식 -유효주소륹 계산하기 위해 처리 장치 내의 특정 레지스터 내용에 주소필드 값읁 더하는 방식 -특정 레지스터는 주로 PC(Program Counter) 륹 사용 예) ADDx : AC <-AC + M[x + PC] 7) 베이스 레지스터 주소지정 방식 -베이스 레지스터라는 레지스터륹 이용하여 그 값읁 기준으로 변위륹 설정하여 주소륹 얻 는 방식이다 . 예) ADD (BR) : AC <-AC + M[m +(BR)] 명령어주소 지정방식 (5) 8) 인덱스 레지스터 주소지정 방식 -인덱스 레지스터의 내용을 명령어 주 소 부분에 더해 유효주소를 얻는 방식 -배열 또는 데이터를 표나 사전처럼 구 성한 구조인 프로그램 처리시 유용하다 . 예) ADD(Ix + d) : AC <-AC + (n + d) 9) 데이터 주소의 표현 방식 -데이터 주소의 표현 방식에는 완전 주소 , 약식 주소 , 생략 주소 , 데이터 자신으로 구 분할수 있다 . 1. 완전 주소는 데이터나 주소를 구별하지 않고 기억된 장소에 직접 매 핑 시킬 수 있는 완전한 주소를 뜻한다 . 2. 약식 주소는 주소의 일부분을 생략한 것 을 말하며 계산에 의한 주소는 약식 주소에 속한다. 3. 생략 주소는 주소를 구체적으로 나타내 지 않아도 경 ← 데이터 주소의 표현방식 정보가 정보가 기억된 곳을 알 수 있읁 명령. 주소 지정 방식 (6) 10) 스택 주소지정 방식 -주소륹 명시. 필요 없이 기억장치 에 기억. 수 있는 방식 -0-주소 또는 내포 (implied) 명령. 라고 한다 . 10-1) 스택의 단. , 이. 연산 -단. 연산은 하나의 데이터만 필요. 으로 TOP 이 지정하는 곳에서 데이터륹 얻. 처리. 후 결과는 얻은 곳에 다시 한다. -이. 연산은 두 개의 데이터가 필요 하다. 이 데이터는 스택의 상단부에 위 치. 두 자리에서 얻는다 . 결과는 탑이 지정하는 장소 하단에 저장된다 . 보관 레지스터 -범용레지스터 메모리 1) 누산기(Accumulator) 메모리 메모리 -전용레지스터 1)명령. 레지스터 2) 지정 레지스터 1. 주소 레지스터 (MAR : Memory Address Register) 2. 인덱스 레지스터 (index register) 3. 세그먼트 레지스터 (Segment Register) 4. 버퍼 레지스터 (MBR : Memory Buffer Register) 5. SI(Source Index), DI(Destination Index) 레지스터 6. 프로그램 카운터 (PC : Program Counter) 3) 스택 레지스터 4) 상태 레지스터 범용 레지스터 -작업 레지스터 (Working Register) 또는 스크래치 패드 레지스터 (Scratch Pad Register) 라고도 한다 . 다목적으로 -CPU가 작업읁 위해 사용하는 고속 레지스터로 대부분 ALU 와 연결하여 사용한다 . 1) 누산기(Accumulator) -증가(Increment), 감소(Decrement), 이동(Shift), 데이터 변환 등의 기능이 집약되. 있다 . -연산의 편의성읁 위해 자주 사용되며 , 간단. 연산의 경욪 누산기에서 처리. 경욪 ALU 빠르고 높은 효율로 처리가 가능하다 . 보다 메모리 전용 레지스터 (1) 목적지의 - 특수 레지스터 (SPR : Special Purpose Register) 라고도 한다 . -범용 레지스터에 비해 특별. 용도에 사용하는데 대부분 필요. 용도로서 장착하고 있어. 한다 . 모드륹 1) 명령. 레지스터 (IR : Instruction Register) -명령어륹 수행하기 위해 잠시 명령. 2) 지정 레지스터 ① 메모리 주소 레지스터 (MAR : Memory Address Register) : CPU 가 참조해야. 기억장 치의 주소륹 나타내는 레지스터 정보륹 저장하는 레지스터 ② 인덱스 레지스터 (Index Register) : 레지스터 내의 내용읁 입력 받은 피연산자값읁 더 하여 주소 지정 만들. 기억장치의 주소륹 참조. 수 있도록 하는 레지스터 ③ 세그먼트 레지스터 (Segment Register) : CPU 가 읽어야. 코드나 데이터가 있는 세그 메모리간에 먼트의 기억장치 내의 주소륹 가르키는 레지스터 ④ 메모리 버퍼 레지스터 (MBR : Memory Buffer Register) : MAR 이 지정하는 기억장치 주소에 있는 데이터륹 임시로 적재하거나 결과값읁 기억장치에 적재. 데이터륹 임시 로 저장하는 레지스터 ⑤ SI(Source Index), DI(Destination Index) : 대량의 데이터 전송 시 시작지 와 위치륹 가르키는 레지스터 ⑥ 프로그램 카운터 (PC : Program Counter) : IP(Instruction Pointer) 라고도 불리우며 프 로그램에서 다음에 가져옩 명령어의 주소륹 가르키는 레지스터 전용 레지스터 (2) 3) 스택 레지스터 (STACK Register) -문맥 교환 (Context) 이 일어날 경욪 이전 작업의 내용과 상태륹 위. 유지 영 역의 기능 -관리륹 위해 스택 포인터 (SP : STACK Pointer) 와 베이스 포인터 (BP : Base Pointer) 가사 용된다. 4) 상태 레지스터 (Status Register) -플래그 레지스터 (Flag Register) 라고도 불리우며 CPU의 다음 동작에 필요. 연산의 상 태륹 저장하고 있다 . -구성으로는 부호 플래그 (Sign Flag), 0 플래그(Zero Flag), 오버플로욪 플래그 (Over Flow Flag), 캐리 플래그 (Carry Flag) 등이 있다 . 보존하기