CPU

CPU (중앙 처리 장치, Central Processing Unit)

컴퓨터의 뇌 역할을 하는 핵심 부품. 프로그램 명령을 해석하고 실행하는 기능을 담당한다. '뇌'라는 말에 어울리게 컴퓨터 시스템에서 가장 중요한 역할을 하며, 사용자 명령을 처리하고, 데이터를 계산하고, 컴퓨터의 모든 하드웨어 및 소프트웨어를 제어한다.

 

CPU의 주요 기능

• 명령어 실행
  • CPU는 프로그램이 제공하는 명령어를 하나씩 해석하고 실행한다. 이러한 명령어는 주로 데이터를 처리하거나, 메모리에서 데이터를 읽고 쓰는 작업을 포함한다.
• 연산 기능
  • 수학적 계산과 논리 연산을 처리한다.
• 제어 기능
  • 컴퓨터의 각 구성 요소가 어떻게 상호작용하고 동작해야 할 지를 제어한다. 이를 통해 프로그램이 실행되는 순서를 결정한다.

 

CPU의 주요 구성 요소

• 연산 논리 장치 (ALU, Arithmetic Logic Unit)
  • CPU 내에서 수학적 계산과 논리 연산을 처리하는 부분.
• 제어 장치 (Control Unit)
  • 프로그램 명령을 해석하고, 그 명령을 어떻게 실행할지 CPU의 다른 부분들에 지시함. 메모리, IO 장치와의 통신을 관리하고 명령어를 실행하는 순서를 결정함. CPU 내부의 데이터 흐름을 관리하는 역할.
• 레지스터 (Register)
  • CPU 내에 존재하는 임시 저장 공간. 명령어, 주소, 데이터 등을 임시로 저장해서 CPU가 빠르게 처리할 수 있게 해줌. 프로그램 실행 과정에서 즉시 사용되어야 할 데이터를 임시로 저장하고 있다가, CPU가 사용해야할 때 접근할 수 있게 해 속도를 높여줌.
  • 데이터 레지스터, 주소 레지스터, 명령어 레지스터 등 종류에 따라 저장하는 것이 다름.
• 캐시 (Cache)
  • CPU와 메모리 사이에서 작동하는 임시 저장 장치. 자주 사용되는 데이터를 저장하여 CPU가 빠르게 접근할 수 있게 해줌. 메모리보다 속도가 훨씬 빠르지만 용량이 작음.
  • 레지스터와의 차이점
    • 레지스터와 하는 역할이 비슷한데, 레지스터는 CPU 내부에 존재하고, 캐시는 CPU와 메모리 사이에 존재한다는 점이 다르다.

 

CPU의 작동 방식

1. 명령어 인출 (Fetch): PC가 가리키는 메모리 주소에서 명령어를 읽어와 명령어 레지스터(IR)에 저장한다.
2. 명령어 해석 (Decode): 제어 장치가 명령어를 해석하여 어떤 작업을 수행할지 결정한다.
3. 명령어 실행 (Execute): 해석된 명령어에 따라 ALU가 연산을 수행하거나, 메모리에서 데이터를 읽거나 쓰는 등의 작업을 실핸한다.