컴퓨터 구조 기초

컴퓨터 정보의 종류

• 프로그램 코드
• 데이터
  • 2진수 비트(bit)들의 조합으로 표현

 

고급 언어에서 기계어 프로그램으로 번역

• 고급 언어 : Z = X + Y
• 어셈블리
  • LOAD A, X
  • ADD A, Y
  • STOR Z, A
• 기계어
  • 00100101
  • 10000110
  • 01000111

 

명령어 형식

• 연산코드(명령코드, Op code)
  • CPU가 수행할 연산을 지정
• 모드
  • 1bit로 직접번지 및 간접번지를 나타냄
• 오퍼랜드 필드(operand field)
  • 명령어 실행에 필요한 데이터가 저장된 주소

 

시스템의 구성

• 주소 버스, Address bus
  • 메모리 주소나 I/O Unit 포트 번호 전달
  • CPU와 Memory는 단방향으로 데이터 전달이 가능한 버스를 이용, 주소 전달은 CPU에서 메모리로만 가능
    
    • 주소는 CPU에 의해 발생되어 기억장치가 I/O로 전송되는 정보이기 때문에
• 데이터 버스, Data bus
  • 데이터 전달
• 제어 버스, Control bus
  • 제어 신호 전달

 

CPU와 시스템 버스 간의 접속

• 주소 버스, Address bus
  • 물리 주소 지정 
  • 주소 버스의 대역은 시스템이 할당할 수 있는 메모리 양 결정
  • 32bit -> 2^32(4294967296)개 메모리 위치 할당 가능, 각 1바이트 -> 4GB
• 데이터 버스, Data bus
  • word 단위로 데이터 주고 받음
• 제어 버스, Control bus
  • CPU가 컴퓨터 내 장치들의 동작을 제어하기 위한 신호
    • Memoty Read/Write
    • 전송 확인 Transfer Acknowledge, 인터럽트 확인 Interrupt Acknowledge
    • 버스 승인 Bus Grant
    • I/O 읽기/쓰기
    • 버스 요구 Bus Request, 인터럽트 요구 Interrupt Request
    • 리셋

 

CPU와 기억장치의 접속

• 주소 버스, 데이터 버스는 word 단위
• 읽기 쓰기 신호는 1bit만 사용
• 기억장치 쓰기 시간
  • CPU가 주소와 데이터를 보낸 순간부터 저장이 완료될 때까지
• 기억장치 읽기 시간
  • CPU가 주소를 발생한 시간부터 읽기 동작이 완료될 때까지의 시간

 

CPU와 I/O 장치의 접속

• 상태 레지스터 : I/O 장치의 현재 상태를 나타내는 비트들을 저장한 레지스터
  • 준비 상태 비트, 데이터 전송확인 비트
• 데이터 레지스터
  • CPU로부터 I/O 장치간에 이동되는 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터

• 키보드 제어기
  • 키보드의 어떤 한 Key를 누르면, key에 대응되는 ASCII코드가 키보드 제어기의 data register에 저장되고 동시에 status register의 In_RDY비트가 1로 set
• CPU
  • 키보드 제어기로부터 status register의 내용을 읽어서 In_RDY 비트가 set 되었는지 검사(In_RDY 비트는 data register에 외부로부터 데이터가 적재되었는지를 표시)
  • 만약 set 되지 않았으면, 1번을 반복하여 대기. 만약 set 되었다면 data register의 내용을 읽음

 

컴퓨터시스템의 전체 구성

• 프로그램 실행
  • CPU가 주기억장치로부터 프로그램 코드를 읽어서 실행
• 데이터 저장
  • 프로그램 실행 결과로서 얻어진 데이터를 주기억장치에 저장
• 데이터 이동
  • 디스크에 저장되어 있는 프로그램과 데이터 블록을 기억장치로 이동
• 데이터 입력/출력 
  • 사용자가 키보드를 통하여 보내는 명령이나 데이터를 읽어 들인다. 또한 CPU가 처리한 결과 값이나 기억장치의 내용을 I/O device로 출력
• 제어
  • 프로그램이 순서대로 실행되도록 또는 필요에 따라 실행 순서를 변경하도록 조정하며, 각종 제어 신호들을 발생