CPU

CPU

컴퓨터 시스템을 구성하는 요소는 다양하며, 각각의 구성요소들이 상호 작용을 통해서 전체 시스템이 동작하게 된다.

그 중 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit)는 컴퓨터 시스템에서 가장 중요한 부품 중 하나이다.

 

구성요소

연산 유닛(Arithmetic Logic Unit, ALU)

산술 및 논리 연산을 수행한다. 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 같은 산술 연산과 AND, OR, NOT, XOR과 같은 논리 연산을 처리한다.

 

제어 유닛(Control Unit, CU)

메모리에서 명령어를 가져와 해독하고 실행한다. 또한 다른 구성요소들을 제어하여 명령어 실행에 필요한 데이터를 제공하거나 결과를 저장한다.

 

레지스터(Register)

CPU 내부의 작은 기억장치이다. 매우 빠른 접근 속도를 가지고 연산에 필요한 데이터를 저장하거나 중간 결과를 저장하는데 사용된다. 종류는 크게 범용, 프로그램 카운터, 명령, 주소 레지스터 등이 있다.

 

캐시 메모리(Cache Memory)

캐시 메모리는 CPU와 주 기억장치 사이에 위치하며 자주 사용되는 데이터와 명령어를 빠르게 접근할 수 있도록 저장한다. 캐시 메모리는 CPU 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다.

 

명령어 주기

CPU는 명령어 주기를 통해 작동한다.

1. 인출(Fetch) : 메모리에서 명령어를 가져오는 단계

2. 해독(Decode) : 가져온 명령어를 해독하여 실행할 동작을 결정하는 단계

3. 실행(Execute) :  해독된 명령어를 실행하는 단계

4. 저장(Store) :  실행 결과를 레지스터나 메모리에 저장하는 단계

 

성능

CPU의 성능은 클럭 속도, 코어 수, 캐시 크기, 명령어 집합 구조(ISA) 등 다양한 요소에 의해 영향을 받는다. 클럭 속도는 CPU가 초당 처리할 수 있는 명령어의 수를 나타내며, 코어 수는 동시에 처리할 수 있는 명령어 스트림의 수를 의미한다. 캐시 크기는 CPU와 메모리 사이에 위치한 고속 메모리의 용량을 나타내며, 명령어 집합 구조는 CPU가 어떤 종류의 명령어를 처리할 수 있는지를 결정한다.

 

다중 코어 프로세서와 파이프라이닝, 병렬 처리 등의 기술을 통해 성능을 향상시킬 수 있으며 이러한 기술은 동시에 여러 작업을 처리하거나 여러 단계로 구성된 작업을 동시에 진행함으로써 전체 시스템의 처리 속도를 높일 수 있다.