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[Computer Structure] 컴퓨터 기능

September 17, 2021

컴퓨터 기능

컴퓨터 구성 요소

컴퓨터 구성 요소와 상호 작용

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  • Register
    • PC
      • Program Counter
      • 다음에 실행할 명령어의 주소를 저장하는 공간이다.
    • IR
      • Instruction Register
      • 현재 실행 중인 명령어 자체를 저장하는 공간이다.
    • MAR
      • Memory Address Register
      • PC를 통해, 가져와야할 명령어의 주소나 단어(word)의 주소를 저장하는 공간이다.
    • MBR
      • Memory Buffer Register
      • MAR로 가져온 명령어 자체나 단어(word)를 저장하는 공간이다.
    • I/O AR
      • Input/Output Address Register
      • 입출력 주소를 저장하는 공간이다.
    • I/O BR
      • Input/Output Buffer Register
      • 입출력 버퍼이다.


  • 명령어 가져오는 과정

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시스템 버스 구분: ‘주소버스’, ‘데이터버스’, ‘제어버스’
자세한 것은 나중에 설명한다.



컴퓨터의 기능

컴퓨터의 기본 기능

  • 프로그램 실행 기능
    • 프로그램은 기억장치에 저장된 기계명령어들로 구성되어 있다.


명령어 처리

  • 명령어 사이클
    • 인출 (Fetch): 명령어 가져오기
    • 실행 (Execute): 명령어 실행하기

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명령어 인출과 실행 과정

  1. 프로세서가 기억장치로부터 명령어를 인출한다.
    • PC(프로그램 카운터)가 다음에 인출할 명령어의 주소를 가지고 있다.
    • 프로세서가 명령어를 인출한 뒤에, PC의 내용을 증가시켜 다음 명령어를 인출할 준비를 한다.
  2. 인출된 명령어를 프로세서 내부 레지스터에 적재한다.
    • 내부 레지스터 == 명령어 레지스터 (IR: Instruction Register)
  3. 프로세서는 명령어를 해석하고, 그 결과에 따라 필요한 동작을 수행한다.


프로그램 실행 예시

  • 명령어 형식

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    • opcode : 명령어
    • address : 연산될 데이터 주소
    • operand : 연산될 데이터


  • 프로그램 실행 예시
    • 주어진 연산 코드
      • 아래와 같이 연산 코드에 대한 명령어가 주어졌다고 가정하자.
      • ‘0001’ or ‘1’
        • 메모리에서 데이터를 가져와 AC(누산기)에 로드한다.
      • ‘0101’ or ‘5’
        • 메모리에서 데이터를 가져와 AC(누산기)와 더하기 연산을 한다.
    • 실행 순서

      1. Step 1

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        AC : Accumulator (임시저장공간, 누산기)

      2. Step 2

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      3. Step 3

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      4. Step 4

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      5. Step 5
        • 생략..
      6. Step 6
        • 생략..


명령어 상태도

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  • Multiple Operands
    • 명령어에 여러 operand의 주소가 있을 수 있다.
    • 이것을 처리하는 것을 의미한다.



인터럽트

인터럽트란?

  • 프로세서를 일시적으로 방해하는 것이다.
  • 인터럽트를 통해 프로세서의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.


인터럽트의 효용성

  • 인터럽트가 없는 경우

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  • 인터럽트가 있는 경우

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인터럽트에 의한 제어권 이동 순서

  1. 현재 수행 중인 프로그램 실행을 중단하고, 그 문맥(context) 를 저장한다.
    • 다음 명령어의 주소(Program Counter의 현재 내용) 와 현재 동작과 관련된 데이터를 저장한다.
  2. 프로그램 카운터(PC)에 인터럽트 처리기 루틴(ISR)의 시작주소를 세팅한다.
    • PC에는 항상 다음 명령어의 주소가 저장된다.
    • 인터럽트 처리 명령어가 다음에 수행되어야한다.
    • 따라서, PC에 인터럽트 처리 명령어의 주소(ISR의 시작주소)를 세팅한다.
  3. 인터럽트를 처리한다.
  4. 문맥을 복원하고 인터럽트된 기존 프로그램을 다시 수행한다.

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인터럽트가 포함된 명령어 사이클 상태도

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다중 인터럽트

  • 인터럽트 처리 중 다른 인터럽트가 발생하면 어떻게 처리할까?
  • 순차적 인터럽트 처리
    • 인터럽트를 처리하고 있는 중에는 추가적인 인터럽트가 불가능하다.
    • 나중에 발생한 인터럽트는 대기하다가, 프로세서가 인터럽트 가능 상태로 변경되면 처리된다.
    • 장점
      • 간단 명료하다
      • 인터럽트들이 순차적으로 처리된다.
    • 단점
      • 상대적 우선순위 또는 시간적 위급성을 고려하지 않는다.

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  • 우선 순위에 따른 인터럽트 처리
    • 인터럽트의 우선 순위를 정하고, 그 순위가 높은 인터럽트를 먼저 처리한다.

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    • 예시

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  • 성결대학교 컴퓨터 공학과 최정열 교수님 (2021)
  • William Stalling, 『컴퓨터시스템구조론(10판)』
본 게시글은 위 강의 및 교재를 기반으로 정리한 글입니다.