하드웨어 레벨 - 메인보드

메인보드

• 1️⃣ 가장 큼 사각형은 메인보드이다.
• 2️⃣ 메인보드 안에 시스템 버스(양방향 수직 화살표)가 있다.
• 3️⃣ CPU 내부에는 ALU(산술논리연산장치),제어장치 와 여러 레지스터가 있다. CPU는 메인보드 내 시스템 버스와 연결되어 있다.
• 4️⃣ 메모리는 메인보드 내 시스템 버스와 연결되어 있다.
• 5️⃣ 보조기억장치는 메인보드 내 시스쳄 버스와 연결되어 있다.

 

메모리

메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품이다.

 

컴퓨터가 빠르게 작동하기 위해서는 메모리 속 명령어와 데이터가 중구난방으로 저장되어 있으면 안된다. 저장된 명령어와 데이터의 위치는 정돈이 되어 있어야한다. 그래서 메모리에 저장된 값에 빠르고 효율적으로 접근하기 위해 주소(address)라는 개념이 사용된다. 현실에서 우리가 주소로 원하는 위치를 찾아갈 수 있듯이 컴퓨터에서도 주소로 메모리 내 원하는 위치에 접근할 수 있다.

위 그림은 1번지와 2번지에 명령어, 3번지와 4번지에 데이터가 저장되어 있고, 5번지와 6번지에는 아무것도 저장되어 있지 않은 상태의 메모리를 표현한 예시이다.

 

물론 위 그림은 이해를 쉽게하기 위해 그림으로 나타낸 것일 뿐 실제로 위 그림과 같이 저장되지는 않는다. 명령어와 데이터는 모두 0과1로 표현되기 때무에 겉보기에는 마치 0과 1로 이루어진 데이터를 저장한 것처럼 보인다.

 

메모리에 대해 기억할 3가지

• 프로그램이 실행되기 위해서는 반드시 메모리에 저장되어 있어야한다.
• 메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장한다.
• 메모리에 저장된 값의 위치는 주소로 알 수 있다.

 

CPU

CPU는 컴퓨터의 두뇌이다. CPU는 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이고, 읽어 들인 명령어를 해석하고, 실행하는 부품이다.

CPU의 역할과 작동원리를 구체적으로 이해하기 위해서는 CPU 내부 구성 요소를 알아야한다. 여기서 다룰 CPU 내부 구성 요소 중 가장 중요한 세가지는 산술논리연산장치(ALU: Arithmetic Logic Unit), 레지스터(register), 제어장치(CU:Control Unit)이다.

 

ALU는 쉽게 말해 계산기이다. 계산만을 위해 존재하는 부품이다. 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 계산은 ALU가 도맡아서 수행한다.

 

레지스터는 CPU내부의 작은 임시 저장 장치이다. 프로그램을 실행하는데 필요한 값들을 임시로 저장한다. CPU 안에 여러 개의 레지스터가 존재하고 각기 다름 이름과 역할을 가지고 있다.

 

제어장치는 제어신호 control signal라는 전기 신호를 보내고 명령어를 해석하는 장치이다. 여기서 제어 신호란 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 일종의 전기 신호이다. 

• CPU가 메모리에 저장된 값을 읽고 싶을 땐 메모리를 향해 메모리 일기라는 제어 신호를 보낸다.
• CPU가 메모리에 어떤 값을 저장하고 싶을 땐 메모리를 향해 메모리 쓰기하를 제어 신호를 보낸다.

 

CPU를 구성하는 세 가지 부품의 역할

 

 

01 제어장치는 1번지에 명령어를 읽어 들이기 위해 메모리에 '메모리 일기' 제어 신호를 보낸다.

 

02 1️⃣메모리는 1번지에 저장된 명령어를 CPU에게 건네주고, 이명령어는 레지스터에 저장된다. 2️⃣제어장치는 읽어 들인 명령어를 해석한 뒤 3번지와 4번지에 저장된 데이터가 필요하다고 판단한다. 3️⃣제어장치는 3번지와 4번지에 저장된 데이터를 읽어 들이기 위해 메모리에 '메모리 읽기' 제어 신호를 보낸다.

 

 

03 1️⃣메모리는 3번지와 4번지에 저장된 데이터를 CPU에 건네주고, 이 데이터들은 서로 다른 레지스터에 저장된다.2️⃣ALU는 읽어 들인 데이터로 연산을 수행한다.3️⃣ 결과값은 레지스터에 저장된다. 계산이 끝났다면 첫 번째 명령어의 실행은 끝이 난다.

04 1️⃣제어장치는 2번지에 저장된 다음 명령어를 읽어 들이기 위해 메모리에 '메모리 읽기'제어 신호를 보낸다.

메모리는 2번지에 저장된 명령어를 건네주고, 이 명령어는 레지스터에 저장된다. 3️⃣제어장치는 이 명령어를 해석한 뒤 메모리에 계산 결과를 저장해야 한다고 판단한다.

 

 

4️⃣제어장치는 계산 결과를 저장하기 위해 메모리에'메모리 쓰기'제어 신호와 함께 계산 결과인 220을 보낸다. 계산 결과를 저장하면 두 번째 명령어의 실행도 끝난다.

 

정리

• CPU는 메모리에 저장된 값을 읽어 들이고, 해석하고, 실행하는 장치이다.
• CPU 내부에는 ALU, 레지스터, 제어장치가 있다.
• ALU는 계산하는 장치, 레지스터는 임시 저장 장치, 제어장치는  제어 신호를 발생시키고 명령어를 해서하는 장치다.

 

출처

https://hongong.hanbit.co.kr/%EC%BB%B4%ED%93%A8%ED%84%B0%EC%9D%98-4%EA%B0%80%EC%A7%80-%ED%95%B5%EC%8B%AC-%EB%B6%80%ED%92%88cpu-%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EB%B3%B4%EC%A1%B0%EA%B8%B0%EC%96%B5%EC%9E%A5/

[컴퓨터 구조] CPU, 메모리, 보조기억장치, 입출력장치를 알아보자