중앙처리장치

중앙처리장치의 구성

중앙처리장치

주기억장치로부터 받은 프로그램 명령어와 데이터를 처리하고, 명령어의 수행 순서를 제어함

레지스터

주소 저장

메모리 주소 레지스터(MAR, Memory Address Register): 읽기와 쓰기 연산을 수행할 주기억 장치의 주소 저장

프로그램 카운터: 다음에 수행할 명령어의 주소 저장

스택 포인터: 스택의 최상위 주소 저장

인덱스 레지스터: 인덱스 주소지정 방식에서 인덱스 저장

명령어 저장

명령어 레지스터(Instryction Register): 현재 실행 중인 명령어 저장

데이터 저장

메모리 버퍼 레지스터(MBR): 주기억 장치에서 읽어온 데이터나 주기억 장치에 저장할 데이터 임시 저장

누산기(AC, Accumulator): 연산 결과 임시 저장

CPU 상태 저장

프로그램 상태 레지스터(PSR): CPU의 현재 상태 정보 저장

명령어 처리 과정

명령어 사이클

• 인출 사이클, 실행 사이클: 항상 수행
• 간접 사이클, 인터럽트 사이클: 필요한 경우만 수행, 주소지정 방식과 인터럽트 요구에 따라 수행여부 결정

인출 사이클

• 주기억 장치에서 명령어 인출
• 다음 명령어를 인출하기 위해 PC(Program Counter)값을 증가시킴

인출 사이클의 동작 과정

1. 프로그램 카운터에 저장된 주소를 메모리 주소 레지스터에 전달
2. 메모리 주소 레지스터에 저장된 내용을 토대로 주기억 장치의 해당 주소에서 명령어를 인출
3. 메모리 버퍼 레지스터에 저장
4. 다음 명령어를 인출하기 위해 프로그램 카운터 값을 증가시킴
5. 메모리 버퍼 레지스터에 저장된 내용이 명령어 레지스터에 전달됨

실행 사이클

• 인출한 명령어 해독
• 해독 결과에 따라 제어 신호를 발생시켜 명령어 실행

간접 사이클

연산코드의 주소가 데이터를 직접 가르키는 게 아닌 데이터를 가르키고 이는 주기억 장치의 주소를 가르킴

인터럽트 사이클

인터럽트: 중앙처리장치가 프로그램을 수행하는 동안 컴퓨터 시스템의 내부와 외부에서 발생하는 예기치 못한 사건

명령어 세트

명령어 형식

연산코드(Operation Code)와 주소필드(Operand)로 구성

연산 코드

• 연산 기능: 사칙연산, 시프트, 보수 등의 산술 연산과 논리곱(AND), 논리합(OR), 논리 부정(NOT) 등의 논리 연산 수행
• 데이터 전달 기능: 레지스터와 레지스터 사이, 레지스터와 주기억 장치 사이에 데이터 전달
• 제어 기능: 조건 분기와 무조건 분기 등을 이용하여 명령어의 실행 순서를 제어
• 입출력 기능: 프로그램과 데이터를 주기억 장치에 전달하고, 연산 결과는 출력 장치로 전달

주소필드

기억장치의 주소, 숫자나 문자, 논리 데이터 등을 저장함

주소 필드 수에 따른 명령어 분류

• 0-주소 명령어: 연산코드만 존재하며 스택 구조 컴퓨터에서 사용됨, PUSH 연산, POP 연산 등
• 1-주소 명령어: 단일 누산기 구조 컴퓨터에서 사용
• 2-주소 명령어: 2개의 주소 필드, 가장 일반적인 형태
• 3-주소 명령어: 3개의 주소 필드, 주소 필드에 레지스터 번호나 주기억 장치의 주소를 지정