CPU의 구조와 원리

 CPU(Central Processing Unit)

 

 

CPU 중앙처리장치를 다르게 MPU(Micro Process Unit)이라고도 부릅니다.

컴퓨터에서 이루어지는 연산 작업과 명령 실행 등의 여러 부품과 소자들을

‘마이크로 프로세서’라 불리우는 하나의 칩에서 이루어 집니다.

 

마이크로 프로세서 4가지 구성요소

 

 

1. 실행 유닛(EU: Execution Unit) : 마이크로 프로세서의 각 명령어를 수행하는 유닛

실행유닛의 구성

ALU(Arithmetic Logic Unit), 제어 유닛(CU:Control Unit), 레지스터

ALU는 덧셈이나 비교 연산과 같은 산술연산, 논리연산을 수행한 후 중간 결과를 레지스터에 보관한다.

 

2. 명령어 유닛(Instruction Unit) : 명령어유닛(Instruction Unit)은 메모리에서 가져온 명령어를 실행유닛에서 수행하도록 제어하는 유닛

 

3.어드레싱 유닛(AU: Addressing Unit) : 어드레싱 유닛은 CPU가 메모리 혹은 데이터를 읽거나 쓸 때, 메모리 입출력 어드레스를 만들어주는 유닛

 

4. 버스 인터페이스 유닛(BIU : Bus Interface Unit) : 마이크로프로세서는 데이터 버스를 통해 데이터를 메모리에 읽거나 쓸수 있으며, 데이터를 쓰는데 활용할 메모리 위치는 어드레스에 의해 정해집니다. 마이크로 프로세서는 어드레싱 유닛에서 어드레스를 계산한 후 버스로 보내게 되며, 데이터를 읽거나 쓰는 일은 버스유닛에서 수행합니다. 버스 유닛에서 데이터를 읽어 들였을 경우 그 데이터가 레지스터에 저장되나 버스 유닛이 명령어를 읽어들였을 경우 명령어가 프리패치(Prefetch)큐(Que)에 저장됩니다. 

 

  

 

 

레지스터

 

마이크로 프로세서가 동작하는데 필요한 입.출력 데이터나 어드레스(주소), 연산결과등을 기억하는 용도로 CPU 내부의 임시저장장소를 레지스터라합니다.

 

 

클럭(Clock)

컴퓨터 내부에 CPU와 디지털 회로 장치들이 일정한 속도로 동기화 하여 작동 하도록 펄스인 클럭을 발생시키는 일종의 시계가 있습니다. 메인보드에 있는 이것을 클럭 발생기라고 하는데 주로 CPU소켓 주위나 전우너부 근처에서 볼수 있습니다. 

 

캐쉬 메모리(Cache Memory)

 

CPU의 동작 속도가 급격하게 빨라지면서 CPU는 엄청나게 빠른 속도로 동작 하게 되었다. 그러면서 주기억장치(RAM)과 줏변에 장치들의 데이터 전송에서 높낮음이 발생을 하였고 이에 따라 병목현상이 발생하였다.

CPU와 RAM의 속도에 많은 차이가 나다 보니 CPU와 RAM사이에 고속의 메모리(SRAM)을 두어, 데이터를 자주 읽는 것은 임시로 데이터를 저장함으로서 작업의 속도를 높일수 있었다. 이러한 고속 메모리를 캐쉬(Cache)라고 한다.

 

 

멀티코어(Multi-core)

 

 

CPU가 발전 과정에서 클럭을 높이는 경쟁으로 치열하게 전개 되었다. 그러나 CPU의 클럭 속도를 높이는 것에는 한계가 있었다. 클럭의 주파수가 높아지면 그에 비례하여 CPU소모가 늘어나고 발열도 그만큼 증가 하였다. 인텔은 CPU성능 향상 방식을 고집하다가 듀얼코어 프로세서라는 개념을 가지고 나왔다. 듀얼코어는 코어가 두 개, 트리플 코어는 프로세서가 세 개의 코어, 쿼드 코어 4개, 헥사코어 6개, 옥타코어 8개, 마그니 코어 12개를 포함하고 있다.

 

하지만 멀티코어가 단순히 두 개를 꽂는다고 3.0GHz가 6.0GHz가 되는 것이 아니다. 여러개의 코어에게 일거리를 효율적으로 배분하는 프로그램을 짜줘야만 효율적인 작업을 진행할 수 있다. 따라서 실행 성능이 중요시되는 프로그램 특히 많은 데이터를 처리하고 넉넉한 시스템 자원을 필요로하는 컴퓨터 게임은 처음부터 멀티코어 지원을 생각하는 시대가 되었다.