CPU의 작동 원리

ALU와 제어 장치

레지스터를 통해 피연산자를, 제어장치로 부터 수행할 연산을 알려주는 제어신호를 받아 들여 연산을 수행 = ALU

결과값은 특정 숫자,문자 혹은 메모리 주소로 변환되며, 바로 메모리에 저장되지 않고 일시적으로 레지스터에 저장됨

이유? = CPU가 메모리에 접근하는 속도보다 레지스터에 접근하는 속도가 훨씬 빠르기 때문에
메모리에 접근하면 프로그램 실행 속도가 늦춰질수 있음

ALU는 결과값과 더불어 연산 결과에 대한 추가적인 상태 정보인 플래그를 내보냄

ex: 연산 결과가 연산 결과를 담을 레지스터보다 클때 결괏값이 너무 크다는뜻의 오버플로우라는 플래그를 내보냄

이러한 플래그들은 CPU가 참고해야할 정보이므로, 플래그 레지스터라는 플래그 값을 저장하는 레지스터에 저장됨

제어 신호를 내보내고 명령어를 해석하는 부품 = 제어 장치
컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 신호 = 제어 신호

<제어 장치가 받아들이는 정보>

<제어 장치가 내보내는 정보>

CPU 외부(제어 버스)로 전달하는 제어 신호
= 메모리나 입출력장치로 전달

CPU 내부로 전달하는 제어 신호
= ALU나 레지스터로 전달

메모리에서 읽어들일 명령어의 주소를 저장
= 프로그램 카운터 (= 명령어 포인터 )

메모리에서 읽어들인 명령어를 저장
= 명령어 레지스터

메모리의 주소를 저장
= 메모리 주소 레지스터

메모리와 주고 받을 값을 저장
= 메모리 버퍼 레지스터(=메모리 데이터 레지스터)

프로그램 카운터 ➡️ 메모리 주소 레지스터 ➡️ 메모리 버퍼 레지스터 ➡️ 명령어 레지스터
➡️ 제어 장치가 명령어 레지스터의 명령어를 해석하고 제어 신호를 발생시킴

데이터, 주소 모두 자유롭게 저장,사용 가능
= 범용 레지스터

ALU 연산 결과에 따른 플래그 저장
= 플래그 레지스터

일정한 주기로 명령어를 처리하는 흐름 = 명령어 사이클

메모리에 있는 명령어를 CPU로 가져오는 단계 = 인출 사이클

인출 사이클 후 명령어를 실행하는 단계 = 실행 사이클

명령어 실행을 위해 메모리 접근이 더 필요한 경우 = 간접 사이클

∴ 일반적인 경우 = 인출 사이클 ➡️ 실행 사이클
추가적으로 메모리 접근이 필요한 경우 = 인출 사이클 ➡️ 간접 사이클 ➡️ 실행 사이클

CPU의 정상적인 작업을 방해하는 신호
= 인터럽트

CPU가 실행하는 프로그래밍상의 오류와 같은 예외적인 상황에서 발생하는 인터럽트
= 동기 인터럽트(=예외)

주로 입출력장치에 의해 발생하는 인터럽트
= 비동기 인터럽트(=하드웨어 인터럽트)

인터럽트를 처리하기 위한 프로그램
= 인터럽트 서비스 루틴
ex: 프로그램에 어떻게 문제가 생겼을땐 어떻게 작동한다.

작업 진행 ➡️ 인터럽트 발생 ➡️ 인터럽트 서비스 루틴으로 이동 후 실행 ➡️ 기존 작업으로 이동 후 작업 재개

인터럽트 서비스 루틴의 시작 주소를 포함하는 인터럽트 서비스 루틴의 식별 정보
= 인터럽트 벡터

인터럽트 여부 확인에 상관없이 우선순위가 높은 인터럽트(정전,하드웨어 고장 등)는 인터럽트 플래그가 막을수 없음
= 비마스크 인터럽트 (NMI)