컴퓨터 중앙처리장치 기초 개념 정리

사람에게 두뇌가 가장 중요하듯이 컴퓨터에도 사람의 뇌에 해당하는 중앙처리장치가 존재합니다 중앙처리장치는 CPU라고도 불리며 Central Processing Unit의 약자입니다. 사람이 신경을 통해 전기신호로 수많은 명령을 수행하듯이, 컴퓨터도 중앙처리장치를 활용해서 모든 장치를 제어하고 동작하는 등 다양한 명령을 내리게 됩니다.

 

중앙처리장치는 원래 연산장치와 제어장치, 그리고 주기억장치로 구성되며 이는 별도의 회로 기판으로서 존재했었습니다. 그러나 마이크로프로세서가 개발되면서 한 개의 반도체 칩에 연산장치와 제어장치를 함께 장착할 수 있게 되어, 그 경계가 모호해진 편입니다. 그러나 각 장치마다의 고유한 특징과 사용 방식이 있으니 이를 구별해서 파악해야 합니다.

 

연산장치

연상 장치는 제어장치의 명령을 받고 실제로 연산을 수행하게 됩니다. 실제로 수행하는 연산으로는 논리 연산, 산술 연산, 관계 연산, 이동 등이 있습니다. 연산장치에서 사용되는 회로와 레지스터를 알아보겠습니다.

 

• Adder, 가산기는 2진수의 덧셈을 수행하는 회로입니다.
• Complementor, 보수기는 뺄셈을 수행하기 위해 입력된 값을 보수로 변환하는 회로입니다.
• Accumulator, 누산기는 연산된 결과값을 일시적으로 저장시키는 레지스터입니다. 
• Data Register, 데이터 레지스터는 연산에 사용되는 데이터를 기억합니다.
• Status Register, 상태 레지스터는 연산 중 발생하는 여러 상태 값을 기억합니다.
• Index Register, 인덱스 레지스터는 주소 변경을 위해 사용됩니다.

제어장치

제어장치는 컴퓨터 내 모든 장치의 동작을 제어하고 지시하는 장치입니다. 주기억장치로부터 읽어 들인 명령어를 해독하는 역할을 하며 알맞은 장치에게 지시를 내려, 명령을 정확히 수행할 수 있도록 만들어줍니다. 제어장치에 사용되는 회로와 레지스터에 대해서 알아보겠습니다.

 

• Program Counter, 프로그램 카운터는 다음 번 실행할 명령어의 번지를 기억하는 레지스터입니다.
• Instruction Register, 명령 레지스터는 현재 실행 중인 명령 내용을 기억합니다.
• Decoder, 디코더는 명령 해독기라고도 불리며, 명령 레지스터에 있는 명령어를 해독합니다.
• Encoder, 엔코더는 부호기라고도 불리며 각 장치로 보낼 제어 신호를 해독된 명령에 따라 생성합니다.
• MAR, 메모리 주소 레지스터는 기억장치는 출입하는 데이터의 번지를 기억합니다.
• MBR, 메모리 버퍼 레지스터는 기억장치를 출입하는 데이터가 잠시 기억됩니다.

레지스터

레지스터라는 용어가 자주 등장하는데, 이는 중앙처리장치 내부에서 처리할 명령어나 연산의 중간 결과값을 일시적으로 기억하는 역할을 담당합니다. 기억을 잠시 보관하는 소형 창고라고 보시면 좋겠습니다. 메모리 중에서 가장 속도가 빠른 것이 장점이며, 래치나 플립플롭 등을 연결하여 구성합니다.

 

• Latch, 래치는 1비트 이상의 입력된 값을 유지하여, 다음 입력이 있기 전까지 그대로 보존합니다.
• Flip-Flop, 플립플롭은 기억장치는 구성하는 전자 회로이며, 0또는 1에 해당하는 1비트의 정보를 기억합니다.

두뇌에 해당하는 중앙처리 장치가 어떻게 구성했는지 간단하게나마 파악되셨다면, 다음은 보조기억장치와 주기억장치, 입출력 장치를 알아보겠습니다. 컴퓨터의 기본 구조에 해당하는 영역이니, 간단하게 파악하셔도 좋습니다.