처리장치(1)
처리장치의 개요
- 중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit)
처리 장치와 제어 장치가 결합된 형
https://hongcoding.tistory.com/139 - 제어장치 : 연산의 실행순서를 결정, 처리장치에 제어신호 보냄
- 처리장치 : 데이터를 처리하는 연산을 실행, 제어장치에 생태신호 보냄
[1]클럭(clock): 연산 작업을 위해 0 또는 1의 전기적 진동을 지속적으로 생성하는 것. Hz(헤르츠) 단위로 표기하며, 기본적으로 클럭 수치가 높을수록 처리 속도가 빠르다는 의미
[2]IPC(Instructions Per Cycle): 클럭 당 명령어 처리 횟수. 명령어 하나를 처리하는데 클럭이 얼마나 필요한지를 측정하므로CPU가 얼마나 효율적으로 작동하는지를 평가하는 단위
[3]코어(core): CPU 내부에 있는 물리적인 처리 회로의 핵심 부분. 코어 개수가 많을수록 여러 가지 작업을 동시에 수행하는데 유리. 코어가 1개면싱글코어, 2개면 듀얼코어, 4개면 쿼드코어, 6개면 헥사코어, 8개면 옥타코어 등으로 말함
[4]슈퍼스칼라(superscalar): 파이프라인과 병렬 처리의 장점을 모은 것으로, 여러 개의 파이프라인에서 명령들이 병렬로 처리되도록 한 아키텍처. 여러 명령어들이 대기 상태를 거치지 않고 동시에 실행될 수 있으므로 처리속도가 빠름
[5]디버깅(debugging): 설계된 프로그램을 확인하고, 프로그래밍 상의 오류를 찾아 고치는 작업
[6]RTL(Register Transfer Level): 디지털 회로 설계의 첫 단계로 일종의 소스코드
출처 : ‘엑시노스’ 개발 리더들이 SoC를 말하다] ② CPU · NPU 알아보기
처리장치의 구성
▶ ▶ ▶ 산술논리연상장치와 레지스터들로 구성
- 산술논리연산장치(ALU, Arithmetic and Logic Unit)
- 산술, 논리, 비트연산 등의 연산을 수행
- 레지스터(Register)
- 연산에 사용되는 데이터나 연산의 결과를 저장
산술논리연산장치는 독립적으로 데이터를 처리하지 못하며, 반드시 레지스터들과 조합하여 데이터를 처리
마이크로 연산
▶ ▶ ▶ 레지스터에 저장되어 있는 데이터에 대해 이루어지는 기본적인 연산
마이크로 연산의 종류
- 레지스터 전송 마이크로 연산
- 산술 마이크로 연산
- 논리 마이크로 연산
- 시프트 마이크로 연산
레지스터의 표현
레지스터 전송 마이크로 연산
한 레지스터에서 다른 레지스터로 2진 데이터를 전송하는 연산
- 레지스터 사이의 데이터 전송은 "연산자 ←"로 표시
- R2 ← R1
- 의미 : 레지스터 R1의 내용을 R2로의 전송
※ 하드웨어적인 측면에서 레지스터 전송
- 조건문 표현
- if (T1 = 1) then (R2 ← R1)
- 레지스터 전송문 표현
- T1 : R2 ← R1
※ 레지스터 전송문장에서 사용되는 기본적인 기호
- 영문자(숫자와 함께) 레지스터를 표시
- AR, R2, DR, IR
- 괄호 : 레지스터의 일부분
- R2(1), R2(7:0), AR(1)
- 화살표 : 자료의 이동 표시
- R2 ← R1
- 쉼표 : 동시에 실행되는 두 개 이상의 마이크로 연산을 구분
- R1 ← R2, R2 ← R1
- 대괄호 : 메모리에서의 어드레스(Adress)
- DR ← M[AR]
산술 마이크로 연산
레지스터 내의 데이터에 대해서 실행되는 산술연산
기본적인 산술연산으로는 덧셈, 뺄셈, 1 증가, 1 감소, 그리고 보수연산이 있다.
논리 마이크로 연산
레지스터 내의 데이터에 대한 비트를 조작하는 연산
시프트 마이크로 연산
레지스터 내의 데이터를 시프트 시키는 연산
데이터의 측면이동에 사용
처리장치의 구성요소
- 여러 개의 레지스터(레지스터 세트)
- 산술논리연산장치(ALU)
- 내부버스(internal bus)
처리장치의 동작
마이크로 연산의 수행과정을 통해 처리장치가 동작
마이크로 연산의 수행과정
처리장치의 구성요소들의 선택신호에 의해 제어됨
- 지정된 출발 레지스터의 내용이 ALU의입력으로 전달
- ALU(ALSU)에서 그 연산을 실행
- 그 결과가 도착 레지스터에 전송
마이크로 연산의 예
- R0 ← R1 + R2
- 선택신호 A는 R1의 내용을 버스 A로 적재 - MUX 작동시킴
- 선택신호 B는 R2의 내용을 버스 B로 적재 - MUX 작동시킴
- 선태신호 F는 ALU에서 산술연산 A+B를 수행 - ALU 작동시킴
- 선택신호 H는 시프터에서 시프트 연산을 수행 - 시프터 작동시킴
- 선택신호 D는 연산결과를 R0로 적재 - 디코더 작동시킴
https://www.borntodare.me/b6e430b0-849e-4491-b0de-9cf07df49064
내부버스
레지스터들 간의 뎅이터 전송을 위한 "공통선로"의 집합
내부버스의 개념도
- 내부버스를 구성하는 방법
멀티플렉서와 디코더를 이용
- 멀티플렉서는 출발 레지스터 선택
- 디코더는 도착 레지스터를 선택
위의 그림 기준으로
4x1 멀티플렉서 4개
1x2 디코더 1개