컴퓨터 기계 명령어 처리 순서, 컴퓨터 상호연결 조직 - [컴퓨터 구조]

컴퓨터

1. 컴퓨터의 구성 요소

1.1 컴퓨터의 구성 요소와 상호 간의 작용

• PC(Program Counter) - 기억장치로부터 읽혀질 다음 명령어 주소 저장
• MBR - 기억장치에 저장될 단어를 가지고 있거나, 기억장치로 부터 읽혀진 다음 단어를 저장하는데 사용
• MAR - MBR로부터 쓰여지거나 읽혀질 단어의 기억장치 주소를 저장
• IR - 실행될 명령어 연산코드를 저장
  
  Register - 임시로 데이터를 저장하는 기억장치 메모리

  1.2 동작 순서

1. CPU는 RAM에 있는 메모리를 교환한다.
2. PC가 첫 번째 명령어 주소인 X를 가지고 있다.
3. PC에 있는 주소가 MAR로 적재
4. 이때, MAR에 있는 주소가 Main memory주소를 가리킨다.
5. 그 주소에 해당하는 값을 MBR에 저장
6. 해당하는 값을 IR에 전달한다.( 다음 주소를 읽기 위해 PC가 한개 증가)
7. 제어장치가 명령어를 해독후 AC에 data를 저장하거나 연산

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2. 컴퓨터의 기능

주기억 장치에 저장된 데이터를 기계 명령어로 실행한다.

2.1 명렁어 처리

명령어 사이클

• 인출 Fetch - 명령어를 CPU로 가져온다.
• 실행 Execute - 가져온 명령어를 실행한다.

명령어 인출과 실행

1. PC(Program counter) - 이 레지스터에 있는 값이 다음의 실행할 명령어의 위치를 가지고 있음 (중요)
2. PC에 저장된 주소값의 명령어를 CPU안의 IR로 저장함.
3. IR에 저장된 명령어를 해독 해야함.

• AC - 중간 산술 논리 장치 결과가 저장되는 레지스터이다.

4. PC는 명령어를 가져오자마자 다음 주소값으로 변경 된다.

2.2 프로그램 실행 순서 예시

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940 번지의 내용을 941 번지의 내용과 더하고 결과를 941 번지에 저장 하는 것.

1. PC는 첫 번째 명령어 주소 300을 가지고 있다. 이 명령어는 IR로 적재되고, PC는 증가 된다.
2. 명령어 해독 과정에서 1940 이라는 명령어에서 맨앞 1은 opcode로 (16진수는 0001)명령어를 실행.
   나머지 940은 메인메모리 상의 주소 이므로 940 번지에는 0003의 데이터 가있는데 이 데이터를 AC에 저장한다.
3. 다음 주소 명령어 (5941)이 301번지로 부터 인출되어 IR에 저장되고 PC는 증가 된다.
4. 명령어 해독 결과 5|941 은 5(0101) add to AC from memory로 941번지 데이터와 AC 메모리의 데이터를 저장한다
5. 다음 명령어(2941) 를 불러오고 PC증가
6. 2941 은 2(0010) save AC to momory이므로 941번지에 AC값을 저장한다.

2.3 명령어 상태도

위의 프로그램 실행 순서와 같이 보면서 해석

2.4 인터럽트(Interrupt)

다른 모듈(외부장치) 프로세서의 정상적인 처리(명령어상태도대로 문제 없이 진행)를 방해하는 것

• CPU의 효율이 향상된다 - 그 이유는 CPU를 쉬지않고 일을 시키기 위해 인터럽트를 두어서 다른 명령어를 실행

정리 - I/O 모듈의 인터럽트 신호를 보내서 CPU가 다른 모듈이 연결될 때 그 일이 수행되면서 대기시간이 생기는 것을 방지하기 위해 연결된 모듈이 일을 수행하는 동안 CPU는 다른일을 처리하고 외부 모듈이 완료되면 인터럽트 신호를 보내어 효율성을 높인 다.

• a의 경우 - 1 > 4 > I/O Operation > 5 > 2 > 4 > I/O operation>5 > 3 (I/O 실행 하는 동안 대기 해야함)
• b의 경우 - 1> 4 > 2a > 5 > 2b > 4 > 3a > 5 > 3b (대기가 없음)

긴 I/O 대기의 경우


1 > 4 > 2 (I/O의 동작이 길어 종료되기 전에 두번째 쓰기 동작에 도달) > 프로세서 waiting > 5 > 4 > 3 > 외부 모듈 실행이 길어 대기 > 5

2.4.1 인터럽트 사이클

프로세서는 인터럽트 신호를 조사하여 인터럽트의 발생 여부를 검사한다. 만약 대기 중인 인터럽트가 없다면, 실행중인 다음 명령어를 실행한다.

인터럽트가 대기중일시

• 현재의 프로그램 실행을 중단하고 문맥을 저장한다.
• PC에 인터럽트 처리기(Interrupt handler) 루틴의 시작 주소를 세트한다.

2.4.2 인터럽트 포함된 명령어 사이클

• 인터럽트 발생시 현재 PC의 주소는 메인메모리 어딘가 저장해야 된다 .

2.4.3 다중 인터럽트

• 순차적 인터럽트 처리
  • 인터럽트 처리중 다른 인터럽트 처리 불가능
  • 발생한 인터럽트는 대기 상태에 있다, 가능 상태가 되면 프로세서에 의해 처리
  • 우선 순위에 따른 인터럽트 처리
  • 인터럽트에 우선순위를 매겨, 순위가 높은 것 대로 처리
  • 예를들어) 프린트모듈 말고 더중요한 외부 모듈이 추가되어 인터럽트가 발생되면 그 인터럽트 부터 먼저 처리
  • 2 - 프린터, 4- 디스크, 5- 통신 | 번호가 클수록 우선순위가 높음.

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3. 상호연결 조직

컴퓨터의 프로세서와 메모리들을 연결하는 조직 ex) BUS

3.1 메모리

입력신호

• address bus - PC의 주소를 메모리에 있는 주소와 연결되어 있는 통로
• Control Bus - Control unit 의 읽어와라, 써라 제어를 하는 명령을 보내는 통로
• Data bus - Operand 등이 흘러다니는 통로
• 출력신호*
• Data

3.2 I/O 모듈

출력신호

• I/O 모듈의 출력신호로 인터럽트 신호를 보낸다 -> CPU로 신호를 들어감.

  3.3 프로세서

  
  

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## 4. 버스 상호연결 두 개 혹은 그 이상의 장치들을 연결하는 통신 경로 * 공유 전송 메체 - > 한 번에 하나만 전송가능 즉, CPU에서 메모리로 데이터를 보내면서 메모리에 I/O 모듈에 데이터를 전송 못함

4.1 데이터 버스

• 선의 수를 데이터 버스의 폭 이라고 한다.(폭이 클수록 빠르다.)
• 메인메모리 워드16비트이고 데이터버스가 8 비트면 8비트씩 2번 보냄

4.2 주소 버스

• 주소 버스의 폭은 시스템의 최대 기억장치의 용량을 결정함.
• 16비트의 주소 버스를 가지면 2^16 인 64KB 주소 공간을 제공한다.

4.3 제어 버스

• 데이터 선과 주소선의 사용을 제어, 읽고 쓰고

4.4 버스의 유형

• 전용버스

  • 일대일로 대응하여 한가지 기능만 수행하도록 지정

• 다중화된 버스

  • 공통의 버스(시분할방식)

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5. 점대점 상호연결

직접 연결 하는 구조

5.1 PCI

• 병렬버스

  5.2 PICe

• 직렬버스
• 속도가 선 개수만큼 늘어남 속도향상 효율적