CPU

CPU

역할

CPU는 컴퓨터의 두뇌에 해당한다.
두뇌에서도 정보를 처리하는 기능에 해당하는데
주요 임무는 4가지다.
기억하고
해석하고
연산하고
제어한다.

CPU는 왜 만들어 졌을까?!

원래의 컴퓨터는 특정 작업만을 수행하도록 설계되었다.
마치 인간이 직업을 가지는 것처럼 하나의 일만 하게 되었다.
그러자 다른 작업을 하게되면 컴퓨터 내부를 모두 수정해야 했기 때문에
컴퓨터의 활용도는 매우 제한적이었다.
이러한 한계를 극복하기 위해 저장된 프로그램이라는 혁신적인 개념이 등장했고
프로그램의 명령어들을 물리적인 배선 대신 컴퓨터의 메모리에 전자적으로 저장하는 방법이다.
수학자 존 폰 노이만의 연구 덕분에 구체화 되었다.

CPU개발의 다음 단계는 전자 부품의 발전과 밀접한 관련이 있다.
초기 전자 컴퓨터는 진공관이라는 부품을 사용했지만 크기가 크고 많은 열을 발생시켜 고장이 잦았다.
1950년대 트랜지스터가 발명되면서 상황이 바뀌었다.
트랜지스터는 진공관보다 작고 전력 소모가 적으며 신뢰성이 높아 CPU를 더 작고 빠르고 효율적으로 만들 수 있게 되었다.
1950년 후반에는 여러개의 트랜지스터를 하나의 실키콘 조각 직접회로 또는 마이크로칩 위에 통합하는 기술이 개발되었다.

이러한 발전의 정점에는 마이크로프로세서의 발명이 있었는데 마이크로 프로세서는 하나의 IC칩에 CPU전체의 기능을 통합하여
1971년에 인텔 에서 세계 최초의 상업용 마이크로프로세서인 4004를 출시하면서 개인용 컴퓨터 시대가 열리게 되었다.

결론적으로 CPU는 초기 컴퓨터의 비효율성을 극복하고자 만들어진 결과물이다.

코어

코어는 두뇌속 여러 일꾼이고 코어가 많을수록 CPU는 여러 작업을 동시에 처리하여
컴퓨터의 멀티태스킹 능력과 고사양 애플리케이션 실행 성능을 향상시킨다.
하나의 코어가 여러개의 스레드를 처리할 수 있는 기술이 있다.

클럭 속도

클럭 속도는 CPU가 1초 동안 얼마나 많은 연산을 수행할 수 있는지를 나타내는 지표다.
헤르츠 Hz 또는 기가헤르츠 GHz 단위로 측정되는데 클럭 속도가 높을수록 CPU는 더 많은 작업을 더 빠르게 처리할 수있다.

캐시 메모리

이것은 메모리 부분에서 설명했으니 간단히 설명하겠다.
L1이 가장빠르고 L3로 갈수록 느려진다.
나눠진 이유는 사용 용도가 다르기 때문이다.

레지스터

초고속 저장 공간 레지스터는 CPU가 현재 처리하고 있는 명령어 데이터 메모리 주소 등을 임시로 저장하는 데 사용한다.
레지스터는 L1보다 빠르다 그이유인 즉 L1보다 물리적으로 CPU내부에서 연산 유닛 내부위치에 있기 때문이다.

제어장치

관리자 제어 장치는 CPU 내부의 모든 작동을 관리하고 컴퓨터 내부 부품간의 데이터 흐름을 조절하는 역할을 한다.

산술 논리 장치 ALU

ALU 는 계산기 CPU 내에서 실제로 계산을 수행하는 부분이다.
4칙 연산 같은 기본적인 산술 연산부터 AND OR NOT 같은 논리 연산도 처리한다.
레지스터에서 데이터를 가져와 제어장치의 지시에 따라 처리하여 결과를 다시 레지스터로 보낸다.

CPU의 작동 과정

CPU가 프로그램을 실행하는 과정은 인출 해독 실행 이라는 3단계의 반복이다.

인출

CPU는 메인 메모리에서 다음 실행할 명령어를 가져온다.
이때 CPU는 프로그램 카운터라는 특별한 레지스터를 사용하여 다음 실행할 명령어의 메모리 주소를 파악한다.
가져온 명령어는 명령어 레지스터라는 다른 레지스터에 저장된다.

해독

CPU의 산술 논리 장치는 해독된 명령어를 실핸한다.
이 단계에서는 실제 계산이 이루어지거나 데이터가 레지스터 또는 메모리 간에 이동하거나 조건에 따른 분기가 발생할 수 있다.

쓰기

CPu가 명령어를 실행한 후에는 결과를 레지스터나 메인 메모리에 저장할 수 있다.

쓰레드와 코어는 좀더 프로그래밍과 밀접한 관계가 있으니 별도로 상세한 정보가 필요 할것 같다.