CPU(Central Processing Unit)

• 컴퓨터 상의 모든 데이터는 숫자로 이루어져 있음
• 이때 숫자 계산은 CPU라는 부품이 담당함
• CPU는 트랜지스터라는 부품을 10억 개 정도를 가지고 있는 전자장비

 

트랜지스터(Transistor)

• 트랜지스터에 전력을 공급하면 전류가 흐름, 전력을 차단하면 전류가 흐르지 않음
• -> 즉, 전기가 흐르고(1), 흐르지 않음(0)에 따라 0과 1 표현이 가능함
• 트랜지스터는 같은 역할을 하던 진공관을 빠르게 대체하여 CPU의 부피를 줄일수 있음

 

George Boole이란 사람이 0과 1로 많은 논리 연산을 할 수 있다고 함(The mathematical analysis 책)

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 NOT gate

NOT gate

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AND gate

숫자 2개 입력하면 입력한 2개가 모두 1일때만 1출력, 아닐 경우 0출력

AND gate

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OR gate

1이 하나라도 있으면 1출력

OR gate

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XOR gate

숫자 2개를 입력할 수 있음

숫자가 서로 다를 때만 1출력, 아닌 경우 0출력

XOR gate

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한 자리 수 덧셈 기계

NOT gate, AND gate, OR gate, XOR gate 4개 조합 -> 덧셈 가능(이진법)

 

한 자리수 덧셈

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두 자릿수 덧셈

두 자릿수 덧셈

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2자리 계산기

반복하면 n자리 계산기

ex. 8번 반복 -> 8자리 계산기

2자리 계산기

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CPU

이런식(2자리 계산기)으로 +, -, x, / 할 수 있는 계산기 -> ALU(산술논리연산장치)

ALU + Control Unit + Register + ... -> CPU

CPU

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CPU(Central Processing Unit), 중앙 처리 장치

• 컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램의 연산을 실행, 처리하는 가장 핵심적인 컴퓨터의 제어 장치 혹은 그 기능을 내장한 칩
• 컴퓨터 부품과 정보를 교환하면서 컴퓨터 시스템 전체를 제어하는 장치
• 컴퓨터의 작동과정이 CPU의 제어를 받기 때문에 컴퓨터의 두뇌에 해당함
• 요즘 CPU는 하나의 CPU안에 여러 개의 CPU개를 담는 형태로 구성됨
• Register: 연산하기 위해 메인 메모리에서 데이터를 읽어옴, 읽어온 내용을 처리하기 위해 저장하는 역할 수행
• ALU: 비교, 판단, 연산 수행
• CU: CPU 제어 기능

여러 논리들을 전기적으로 표현하는 방법

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CPU 역할

• 외부에서 정보를 입력, 기억, 컴퓨터 프로그램의 명령어를 해석하여 연산하고, 외부로 출력

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CPU 성능

• Core와 Clock로 결정

Core	- 1개의 칩 안에 1개의 코어: 싱글코어 - 1개의 칩 안에 여러 개의 코어: 멀티코어 - 컴퓨터의 두뇌의 수라고 생각 - core 개수가 많을 수록 처리속도와 성능 좋음 - core가 높다고 항상 좋은 것은 아님(해당 자원을 모두 활용 못하기 때문)
Clock	- CPU 내부에서 일정한 주파수를 가지는 신호 - 이 신호에 의해 CPU의 모든 명령어가 동작함 - clock 주파수가 빠를수록 짧은 시간 내에 더 많은 명령 처리 가능 -> 더 좋은 성능
Thread	- CPU 내부에서 실질적으로 업무를 수행하는 가장 작은 단위 - 멀티쓰레드/멀티쓰레딩은 소프트웨어 관점에서 논리적인 작업 처리 단위를 나누어 처리
Cache Memory	- CPU core와 Memory 사이의 병목 현상 완화 - CPU 내부에서 임시로 사용하는 Buffer 메모리 중 하나 - 자주 사용하는 데이터를 캐시 메모리에 저장 -> 다음 사용 시 주기억장치 대신 캐시 메모리에서 데이터를 가져와 속도 향상 시킴(인터넷에서 파일을 받아오는 것이 아닌 컴퓨터에서 파일 받아옴) - CPU에는 캐시 메모리가 2개에서 3개 정도 사용(L1 -> L2 -> L3) - L1: CPU 내부에 존재함 - L2: CPU와 RAM 사이에 존재함 - L3: 메인보드에 존재함

 

 

 

 

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참고자료

코딩애플, 집에서 CPU만드는방법(CPU 동작원리)

위키 백과, 중앙 처리 장치