슬라이드 1

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충식 복
6 years ago
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4 프로그램내장방식 저장프로그램 (Stored Program) 방식 폰노이만이고안 메모리에자료와프로그램이함께저장 중앙처리장치 (CPU) 메모리에서필요한자료를이용 저장된명령어를순차적 (Sequential) 으로실행 4

피연산부분은연산에참여하는자료를의미하는코드 명령어가 16 비트로구성 4 비트는연산종류

5 명령어형식 명령어 (instruction) 는연산부분 (operation part) 과피연산부분 (operand part) 으로구성 연산부분은명령어가수행해야할기능을의미하는코드 피연산부분은연산에참여하는자료를의미하는코드 명령어가 16 비트로구성 4 비트는연산종류 (opcode) 12 비트는피연산자의메모리주소 (address) 피연산자수는없거나 2 개또는 3 개 메모리주소또는레지스터 5

6 명령어종류 연산자 ADD(add) LDA(load address) STA(store address) HLT(halt) 등의기호단어를이용 피연산자 A, B, C 등으로기술 6

7 저급언어 기계어 컴퓨터를작동시키기위해 0 과 1 로나타낸컴퓨터고유명령형식언어 어셈블리어 컴퓨터명령어인기계어를사람이일상생활에서사용하는자연언어와유사하게만든언어 명령어는연산자와피연산자를몇개의문자조합으로기호화 7

9 기억장치 주기억장치의구조 주소 버스 메모리의저장소는주소 (address) 를이용하여각각바이트단위로고유하게식별 컴퓨터가한번에작업할수있는데이터의단위를워드 워드는 32 비트또는 64 비트 관련자료전달경로 주소버스, 자료버스, 제어버스 9

10 기억장치종류 : RAM Random Access Memory, 임의접근메모리 소멸성 (volatile) 기억장치 쓰기와읽기의두회로가있어서정보의쓰기와읽기가가능 DRAM 과 SRAM DRAM 은전원이연결된상태에서일정한주기마다전기적으로재충전필요 주기억장치로주로사용 (SDRAM) SRAM 은전원만연결되어있으면정보가지워지지않는기억장치 캐쉬메모리 (cache memory) 에주로사용 10

자료를써넣는방식에따라기억된데이터를지우거나변경할수없음 PROM(Programmable ROM)

11 기억장치종류 : ROM 읽기전용메모리, Read Only Memory : ROM 종류 비소멸성 (nonvolatile) 메모리 ROM 도메모리에임의접근이가능 Mask ROM 자료를써넣는방식에따라기억된데이터를지우거나변경할수없음 PROM(Programmable ROM) 임의의프로그램을기억 EPROM(Erasable Programmable ROM) 자외선또는 X 선등을이용하여데이터를지우거나새로운데이터를입력 11

12 기억장치종류 : 플래쉬메모리 RAM 과 ROM 의장점을가진메모리 특징 정보의입출력도자유로워디지털텔레비전, 디지털캠코더, 휴대전화, 디지털카메라, 개인휴대단말기 (PDA), 게임기, MP3 플레이어등에널리이용되는기억장치 메모리셀들의한부분이섬광 (flash) 처럼단한번의동작으로지워질수있다고해서플래쉬라명명 플래시메모리는일반 RAM 과는다르게바이트단위가아닌블록단위의주소지정이가능하며쓰기시간도오래걸림 쓰기반복횟수도무한대는아니어서그사용에제한 휴대형전자기기뿐만아니라컴퓨터의보조기억장치로도널리사용 12

13 캐쉬메모리 캐쉬의사용이유 CPU 에비해상대적으로주변기기의속도가매우느림 주기억장치와 CPU 의속도의차이를해결 캐시메모리는메인메모리보다대개약 10 배쯤더빠름 캐쉬의종류 저장속도가빠르고고가인 SRAM 을이용 수준 1 캐쉬, 수준 2 캐쉬 디스크캐쉬 RAM 과디스크사이에일정량의임시메모리 13

14 보조기억장치 보조기억장치 (secondary memory unit) CPU 외부에위치하며, 주기억장치의제한된기억용량을보조 순차접근 (sequential access) 방식 자기테이프와같은저장장치는순차적으로접근이가능 직접접근 (direct access) 방식 자기디스크와자기드럼은원하는위치에바로쓰고읽을수있는직접접근이가능 HDD: 하드디스크드라이브 (Hard Disk Drive) 헤드를이용하여여러개의원형알루미늄기판인디스크에자료를저장하는방식 14

에는영화나음악같은대용량의자료를저장하여함께사용 외장하드 4TB 이하가 2.

15 보조기억장치 : SSD 와 USB SSD 플래시메모리와이를제어하는컨트롤러로구성된대용량저장장치 SSD 의장점과활용 HDD 와비교해읽고쓰는속도가빠르며전력사용량이적고충격에강하며발열과소음도적음 개인용컴퓨터사용자는 SSD 에운영체제와자주사용하는프로그램을설치 HDD 에는영화나음악같은대용량의자료를저장하여함께사용 외장하드 4TB 이하가 2.5 인치제품으로출시 대부분의제품이 USB 인터페이스로컴퓨터와연결 USB 휴대용으로가장많이사용 TV, 자동차등에도연결이가능 15

16 저장장치의계층 기억장치계층의필요 저장장치의속도와용량, 가격과그쓰임새를고려 저장장치의속도가빠르면가격이비쌀것이고또한동일한비용으로속도를유지하려면용량은작아져야함 다양한저장장치의이용 현재는실행하지않으나앞으로이용하려는프로그램이나자료는보조기억장치에저장 현재실행중인프로그램이나자료는주기억장치에저장 현재집중적으로이용되는프로그램이나자료는캐시메모리에저장 연산이필요한프로그램이나자료는레지스터에저장하여연산에직접이용 16

18 중앙처리장치 CPU: Central Processing Unit 주요구성요소 연산장치 : 자료의연산을수행 제어장치 : 컴퓨터의작동을제어 레지스터 : 연산에필요한자료를임시로저장 버스 : 자료버스, 제어버스 18

19 연산장치 레지스터의이용 중앙처리장치의임시기억장소인누산레지스터 (Accumulator) 와자료레지스터 (Data Register) 에저장된자료를연산에참여할피연산자로이용 결과는다시누산레지스터에저장되어필요하면주기억장치에저장되거나다른연산에이용 AC <- AC + DR 두레지스터피연산자의연산을연산장치가제어장치의신호를받아실행 19

20 제어장치 Control Unit 구성 산술및논리연산에요구되는작업을연속적으로수행하는신호를보냄으로써연산장치와레지스터가명령을수행하게하는장치 인간의뇌와같은요소 여러개의해독기 (decoder) 와제어기로구성 20

21 레지스터 중앙처리장치는컴퓨터가명령을수행하는과정을처리하기위해여러개의레지스터를가짐 중앙처리장치내의레지스터크기와수는중앙처리장치의성능에매우중요한요소이므로가격과성능을고려하여결정 21

22 명령어처리과정 명령어처리과정 주기억장치의명령어와자료가중앙처리장치의여러임시저장장소인레지스터로전송되어 명령어를처리한후다시처리결과인자료가주기억장치로전송되는과정을거침 22

이후다음명령어를수행하기위해서프로그램카운터를하나증가시킴 해독단계 제어장치는명령어레지스터에있는명령어를연산부분과피연산부분으로해독

23 기계주기 기계주기 (Machine Cycle) 중앙처리장치는하나의명령어를실행하기위하여다음의세과정을거침 인출 (fetch), 해독 (decode), 실행 (execution) 인출단계 제어장치가프로그램카운터에있는주소로다음에수행할명령어를명령레지스터에저장 이후다음명령어를수행하기위해서프로그램카운터를하나증가시킴 해독단계 제어장치는명령어레지스터에있는명령어를연산부분과피연산부분으로해독 만일명령어가피연산부분이있는명령어라면피연산메모리주소를주소레지스터에저장 실행단계 각구성요소에게작업지시를내림 하나의명령어실행이종료되면프로그램카운터가가리키는다음명령어를가지고다시기계주기를반복 23

25 프로그램작성 : 두정수합구하기 만일두수가각각 32 와 -18 이라면 물론기호 A 는 32 를의미하며, 기호 B 는 -18 을의미 메모리에더작은단위의여러명령어집합으로구성하여그명령을실행 두정수의합을구하기위해서는다음과같이 4 개의명령어집합으로가능 25

26 두정수합구하기 명령어 LDA 의기능 주소레지스터 (AR) 의주소값을갖는메모리자료 (M[AR]) 를누산레지스터 (AC) 에저장 이처리를위하여자료레지스터 (DR) 를다시누산레지스터에저장 DR <- M[AR] AC <- DR 명령어 ADD, STA 26

27 명령어의세부수행 피연산자 피연산자 A 메모리주소 0012FF40 에저장된 32 피연산자 B 마찬가지로명령어 ADD B 에서메모리주소 0012FF44 에저장된 -18 피연산자 C 명령어 STA C 에서피연산자 C 는메모리주소 0012FF48 을가리키며 여기에는 32 + (-18) 의결과인 14 가저장 27

프로세서는하나의명령어를특정수의클럭사이클에서실행할수있으므로클럭속도는연산속도와비례 병렬처리 하나의컴퓨터에서

29 마이크로프로세서성능 자료버스폭 연산장치와레지스터등과같은 CPU 의내부구성요소간에자료를전달하는통로의비트수 클럭속도 클럭속도의단위인 Hz 는 1 초당진동의반복횟수를재는단위 프로세서는하나의명령어를특정수의클럭사이클에서실행할수있으므로클럭속도는연산속도와비례 병렬처리 하나의컴퓨터에서 2 개이상의 CPU 를이용하여한번에여러개의명령어를동시에실행시키는처리방법 컴퓨터의성능 CPU 의성능과 RAM 의용량, 외부자료버스의크기 29

30 인텔의마이크로프로세서 인텔 마이크로프로세서를생산하는대표적기업 IBM 이 IBM 호환 PC 에인텔의 8088 프로세서를탑재하여출시하면서인텔은눈부시게성장 펜티엄 1993 년에인텔은 64 비트자료버스를사용한마이크로프로세서인펜티엄을발표 아이테니엄 2001 년에는고성능서버용으로진정한의미의 64 비트시대를연프로세서를출시 코어 i3, i5, i7 의 2 세대, 3 세대, 4 세대의 CPU 를출시 2011 년이후 30

31 무어의법칙 " 마이크로칩의처리능력은 18 개월마다두배로증대된다 " 실제로마이크로프로세서의성능은약 18 개월에서 24 개월마다두배로증가 무어의법칙은앞으로몇년안에물리학의근본원리와상충되는어려움때문에지켜지지않을지도모름 인텔을비롯한마이크로프로세서생산업체는이러한무어의법칙을유지하기위해 포괄적인무어의법칙 마이크로칩의처리능력에만국한되지않고정보기술분야의발전이빠르게진행되고있다는의미로포괄적으로이해 31

TIP: 무어의법칙과마이크로프로세서성능의한계 무어의법칙 저장용량이 1 년 6 개월마다 2 배씩커진다는법칙 무어의법칙에한계론 이론물리학자미치오카쿠 2011 년출판된저서 미래의물리학 (Physics of the Future) 에서대체반도체집적기술이발견되지않는다면무어의법칙은종말할것이라고예상 긍정론 반도체공정및디자인부분에혁신이필요한시기이며이러한어려움은극복

32 TIP: 무어의법칙과마이크로프로세서성능의한계 무어의법칙 저장용량이 1 년 6 개월마다 2 배씩커진다는법칙 무어의법칙에한계론 이론물리학자미치오카쿠 2011 년출판된저서 미래의물리학 (Physics of the Future) 에서대체반도체집적기술이발견되지않는다면무어의법칙은종말할것이라고예상 긍정론 반도체공정및디자인부분에혁신이필요한시기이며이러한어려움은극복 미국국가과학재단 (National Science Foundation) 은 무어의법칙이면의과학및엔지니어링 (Science and Engineering behind Moore s Law) 이라는이름의프로젝트 제조, 나노기술, 다중코어칩, 양자컴퓨팅등의새로운기술연구를재정적으로지원 앞으로몇년후에무어의법칙이들어맞지않더라도계속된노력으로다른측면의기술은발전 32

33 프로세서분류 : CISC 마이크로프로세서는프로세서마다고유한명령어집합을제공 이명령어는크게복합명령어집합으로구성된 CISC(Complex Instruction Set Computing) 계열과축소명령어집합으로구성된 RISC(Reduced Instruction Set Computing) 계열로구분 CISC: Complex Instruction Set Computing 복합명령어집합컴퓨팅계열 명령어의구조가복잡하고 개의다양한명령어를제공 인텔의 80x86 계열과모토롤라의 680x0 계열의프로세서 복잡한연산을하나의명령어로처리하려는의도에서시작 CISC 의명령어는복잡한연산을수행하기위해다양한길이를가지며메모리의자료를직접참조하는연산도많이제공 장단점 복잡한프로그램을적은수의명령어로구성할수있는장점 복잡한명령어의실행을위한복잡한회로가이용되므로생산가가비싸고전력소모가많아열이많이발생하는단점 33

34 프로세서분류 : RISC RISC: Reduced Instruction Set Computing 장점 축소명령어집합컴퓨팅계열 명령어의수가적고그구조도단순 레지스터내부에서모든연산이수행되며메모리의참조는제한적 상대적으로레지스터가많은특징 1988 년중반애플의매킨토시에장착된모토롤라의 PowerPC 에서처음구현된 RISC 프로세서는이후 Sun, HP, NEC 의워크스테이션컴퓨터 전체적으로는 RISC 프로세서는 CISC 프로세서보다수행속도가빠름 하나의프로그램을수행하려면 RISC 프로세서는 CISC 보다많은명령어를실행해야하지만하나의명령어가단순하여그처리속도가매우빠름 34

마이크로프로세서 개요

마이크로프로세서 개요 1 주 개요 메카트로닉스공학부 조철우 8051 Pin Layout 8051 3 Atmel 89C2051 4 강의의개요 컴퓨터및의기원과동작원리를학습 마이크로컨트롤러를배우기위한기초원리 마이크로컨트롤러를활용하기위한도구사용법 마이크로컨트롤러를활용하기위한기초시스템설계및프로그래밍 History of Computer 컴퓨터의역사. 최초의컴퓨터 - 1946년 ENIAC,