CPU는 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이고, 해석하고, 실행하는 장치이다.

CPU 내부

• ALU : 내부의 계산을 담당
• 제어장치 : 명령어를 읽어 들이고 해석하는 장치
• 레지스터 : CPU내부의 임시 저장 장치

ALU

1. ALU가 받아들이는 정보

   • ALU는 계산하기 위해 레지스터를 통해 “피연산자”를 받아 들인다. (1, 2 데이터)
   • ALU는 제어장치로 부터 수행할 연산을 알려주는 “제어 신호”를 받아 들인다.

   <aside> 💡 ALU는 레지스터와 제어장치로 부터 받아들인 피연산자와 제어 신호로 산술 연산, 논리 연산등 다양한 연산을 수행한다.

   </aside>

2. ALU가 내보내는 정보

   • 연산을 수행한 결과는 특정 숫자나 문자가 될 수 있고 메모리 주소가 될 수 도 있다.
   • 바로 메모리에 저장하지 않고, 일시적으로 레지스터에 저장한다.
   • CPU가 레지스터에 접근하는 속도가 메모리에 접근하는 속도보다 빠르기 때문에 일시적으로 레지스터에 저장한다. (프로그램 속도가 늦어질 수 있다.)

3. ALU가 내보내는 추가 정보

   1. 플래그

      • 결과값 뿐만아니라 연산 결과에 대한 추가적인 정보를 내보내야 할 때가 있다.
      • 예를들어 “음수”라는 추가 정보를 내보낸다.
      • 연산 결과가 연산 결과를 담을 레지스터보다 크면 ALU는 “결과값이 너무 크다”라는 추가 정보를 내보낸다.

      <aside> 💡 연산 결과에 대한 추가적인 상태 정보를 “플래그”라고 한다.

      </aside>

   2. 플래그의 종류

      1. 부호 플래그 : 음수, 양수
      2. 제로 플래그 : 연산결과가 0인지 아닌지 여부를 나타낸다.
      3. 캐리 플래그 : 연산 결과 올림수나 빌림수가 발생했는지
      4. 오버플로우 플래그 : 오버플로우가 발생했는지를 나타낸다.
      5. 인터럽트 플래그
      6. 슈퍼바이저 플래그

   

제어 장치

• 제어 신호를 내보내고, 명령어를 해석하는 부품.
• 제어 신호는 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 일종의 전기 신호

<aside> 💡 CPU 내부의 제어장치는 가장 정교하게 설계된 부품이라고 해도 과언이 아니다.

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• 제어 장치가 받아들이는 정보

1. 제어장치는 클럭 신호를 받아들인다.

   • 클럭이란 컴퓨터의 모든 부품을 일사불란하게 움직일 수 있게 하는 시간 단위 이다.

   • 클럭의 주기에 맞춰서 한 레지스터에서 다른 레지스터로 데이터가 이동.

     • ALU에서 연산이 수행,
     • CPU가 메모리에 저장된 명령어를 읽어들인다.

     <aside> 💡 한 클럭마다 작동하는게 아니라, 클럭이라는 박자에 맞춰서 작동을 할 뿐이다. “하나의 명령어가 여러 클럭에 걸쳐 실행될 수 있다.”

     </aside>

2. 제어장치는 “해석해야 할 명령어”를 받아들인다.

   • CPU가 해석해야할 명령어는 “명령어 레지스터”라는 특별한 레지스터에 저장된다.

3. 제어장치는 플래그 레지스터 속 플래그 값을 받아들인다.

   • ALU의 연산에 대한 추가 정보인 플래그를 받아들인다.

4. 제어장치는 시스템 버스의 제어 버스로 전달된 제어 신호를 받아들인다.

   • CPU외부 장치도 제어 신호를 발생시킬 수 있기 때문에 이 정보를 받아들이기도 한다.

제어 장치가 내보내는 정보

1. CPU 외부에 전달하는 제어 신호
   • 제어 버스로 제어 신호를 내보낸다.
   • 메모리에 전달하는 제어 신호와 입출력장치에 전달하는 제어 신호가 있다. (입출력 장치는 보조기억장치가 될 수 있다.)
2. CPU 내부에 전달하는 제어 신호
   • ALU에 전달하는 제어 신호
     • 수행할 연산을 지시하기 위함.
   • 레지스터에 전달하는 제어 신호
     • 레지스터 간에 데이터를 이동시키거나, 레지스터에 저장된 명령어를 해석하기 위해 제어 신호를 내보낸다.