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중앙처리 장치 완벽 분석

컴퓨터 구조( 중앙처리장치 )중앙처리장치 (Central Processing Unit)■ 마이크로 프로세서(CPU)의 주요 기능CPU는 크게 계산, 입출력, 시스템 조정이라는 세 가지 역할을 수행한다. 마이크로 프로세서는 컴퓨터가 처리해야할 작업들을 2진수로 계산하는 기본적인 기능 이외에, HDD, RAM, 그래픽카드 등의 각종 주변장치와 자료를 주고받는 입출력 기능, 그리고 컴퓨터 전체가 정상적으로 작동하도록 각 주변장치와 부품들을 조정하는 역할을 맡는다.▶ 계산CPU의 가장 기본이 되는 기능은 역시 계산이다. CPU의 계산기능은 컴퓨터 전체의 처리속도에 직접적으로 영향을 미친다. 상식적으로 생각해도 1초에 100만회의 덧셈을 수행하는 CPU보다는 1초에 200만회의 덧셈을 수행하는 CPU를 사용한 컴퓨터의 처리속도가 빠르다. CPU의 계산기능은 1981년 IBM 오리지널 PC가 발표된 이후, 가장 많은 변화와 기술개발을 가져온 분야이기도 하다. 지금의 CPU들의 연산능력은 세계 최초의 컴퓨터인 애니악(ENIAC)의 연산능력을 훨씬 뛰어넘지만, 그 크기는 수천 분의 1에 불과하다.CPU의 계산기능은 보통 클록(clock)이란 단위에 의해서 표현되는데, 이 수치가 클수록 빠르다고 볼 수 있다. 1981년 발표된 IBM 오리지널 PC는 8MHz의 클록속도로 작동했지만, 요즘의 CPU들은 무려 1GHz의 속도로 동작한다. 다른 기술적인 성능향상은 차지하더라도, 단순한 클록속도만으로도 100배 이상의 성능향상을 가져온 것이다.▶ 입출력CPU의 또 다른 중요한 기능은 바로 자료를 읽고 쓰는 소위 입출력기능이다. 컴퓨터의 각 부품이 자료를 읽고 쓰는 통로를 버스(BUS)라고 부르는데, CPU는 이러한 버스를 통해서 RAM, HDD, 그래픽카드 등으로부터 자료를 주고 받는다. 원래 CPU는 기본적으로 RAM, 즉 메모리를 경유하여 자료를 주고받는다. 이 때문에 CPU는 RAM 등의 장치를 다루는 기능도 포함하고 있다.CPU는 내부버스와 내부버스, 두 개의 버스를 가지고 감추게 되었다.8비트 CPU는 한번에 8비트 단위로 자료를 처리할 수 있는데, 8080, 8085 등의 제품이 있으며 가장 널리 사용되었던 Z80이다.8085는 16비트 프로세서인 8086의 기본 골격이 되기도 했다.* 16비트최초의 16비트 컴퓨터는 IBM PC XT이다. 인텔은 16비트 프로세서인 8086을 개발했으나 생산비의 상승 때문에 기능을 축소시킨 8088을 만들었고, 결국 IBM PC XT에 8088을 장착하게 되었다.16비트 CPU는 말그대로 16비트 단위로 자료를 처리할 수 있고, 덕분에 8비트 컴퓨터에 비해서 상당한 성능 개선과 처리 용량의 향상이 이루어졌다. 이어서 개발된 80186 프로세서는 8088과 크게 다르지 않았으므로 많이 쓰이지 않았다. 80186을 개선한 80286은 한때 286 컴퓨터(IBM PC AT)에 사용되었고 컴퓨터 기종을 뜻하는 이름으로까지 사용될 정도로 유행했다. 80286은 8086에 비해서 4배 가량의 성능 향상이 이루어진 제품으로 메모리 지원 강화, 동시에 여러 작업을 수행할 수 있는 멀티태스킹(multi-tasking) 지원이 가능해졌다.* 32비트현재 국내에서 사용되는 386(80386), 486(80486), 펜티엄(Pentium), 펜티엄프로, 펜티엄II는 모두 32비트 프로세서이다. 80486(줄여서 486)까지는 32비트 단위로 자료를 처리할 수 있었지만, 펜티엄에서는 32비트 정수 연산기를 두 개 내장하고 있으므로 한번에 두 개의 자료를 동시에 처리할 수 있게 되었다. 때문에, 초기에는 펜티엄을 64비트 프로세서라고 과장하는 경우도 있었지만, 실제로는 32비트 프로세서이다.32비트 CPU는 기본적으로 16비트 프로세서와 호환성을 가지고 있으며, 보호모드(protected mode)나 가상 86(virtual 86 mode)와 같이 32비트 프로세서 고유의 연산 처리 기능을 지원한다. 이 경우에 호환 모드에 비해서 고속 처리가 가능하고 시스템 자원을 최대로 활용할 수 있다.* 64비트아직까지 IBM 트 형태를 취한 8088을 발표하게 되었다8086인텔이 1978년도에 발표한 것이 8086이다. 8086의 장점은 기존의 8비트 CPU들이 가지고있던 64KB의 메모리 제한을 없앴다는 점이다. 8086은 기존의 8비트 프로세서인 8080, 8085의 프로그램을 직접 실행할 수는 없지만 명령어가 상당히 유사하게 구성되어 있기 때문에 명령어 코드를 수정하게 되면 8086에서 구동이 가능하다. 8086의 특징은 다음과 같다.※ 세그먼트(SEGMENT)의 도입8086은 기존의 메모리의 한계인 64KB를 넘어서 최대 1MB의 메모리 공간을 관리할 수 있었으며 이를 위해서는 20비트의 어드레스가 필요했다. 그러나 8086의 레지스터는 16비트까지만 다룰 수 있기 때문에 메모리상의 한 어드레스에 억세스하기 위해서는 먼저 세그먼트의 위치를 지정한 후에 그 세그먼트 안에서 위치(오프셋:offset)를 지정하는 방식을 쓴다. 이것이 바로 8086의 큰 특징인 세그먼트에 의한 메모리 관리이다.세그먼트에 의한 새로운 기능은 어드레스 지정에 사용하는 전용 레지스터의 사용과 고기능 명령의 추가 등으로 8085와의 호환성을 위해서 만들어졌다. 이것은 느린 속도와 복잡한 어드레스 계산에 따른 컴파일의 복잡성으로 인해서, 엔지니어들로부터 지저분한 구조의 CPU라는 악평을 듣기도 하였다.참고로 모토롤라의 CPU는 선형 어드레스 구조로 깔끔하면서도 빠른 속도를 제공하였다.※ 실행 명령의 고속화8086의 내부는 독립적으로 동작하는 실행 유니트(EU)와 버스 인터페이스 유니트(BIU)의 2가지로 구성되어 있다. BIU는 메모리 사이에서 명령이나 데이터 교환을 행하는 모듈로서, CPU의 메모리 버스가 비어 있는 동안 명령을 먼저 읽어서 실행 후에 각 명령어를 CPU 내부의 명령어 큐(명령을 저장해놓은 일종의 버퍼)에 저장한다. 실행 유니트는 BIU와는 관계없이 명령 큐로부터 명령을 끄집어내서 해석하고 실행한다. 실행 유니트가 해석, 실행에 걸리는 명령을 처리하고 있는 동안 명령 코드는 메모리에 먼저PU가 읽어서 해독한 명령어이 부동 소수점 계산 명령인 경우에만 80287에 그 명령이 넘겨진다.CPU는 80287이 연산을 끝낼 때까지 기다리지 않고 다음 명령을 처리할 수 있다.80287은 넘겨받은 연산을 끝내면 CPU에 신호를 보내서 연산결과를 받아갈 것을 요구한다.80287은 80286 프로세서의 코프로세서로 8087과 다른 점은 8087이 리얼 모드, 즉 도스에서 640KB이내의 메모리만 사용할 수 있는 반면 80287은 보호모드를 갖고있는 1MB-16MB까지 메모리를 쓸 수 있으며 클럭 속도는 80286 프로세서의 2/3 정도로 밖에 동작하지 않는다.8038780287과 기본적으로 구조는 같으나 모양이 DIP이 아니라 PGA타입으로 정사각형 모양을 하고 있다. 80287보다 5-7배의 성능을 가지고 있다.지금까지 나왔던 모든 코프로세서들은 NMOS방식을 사용하고 있었는데, 33MHz 80387이 나오면서 전력소비가 줄어들었으며 속도가 더 빠른 CMOS 방식의 칩으로 개선되었다.※ 코프로세서의 동작원리코프로세서는 CPU의 명령에 따라 동작하는데 주 프로세서가 명령을 수행하다가 코프로세서가 해야할 작업을 만나게 되면 코 프로세서가 다른 작업을 수행하고 있지 않다면 해당 명령어를 전송하고 다른 작업을 수행중이라면 대기하게 된다. 그 후에 코프로세서는 수행명령을 점검하고 동시에 주 프로세서는 수행 명령을 점검하고 동시에 주 프로세서는 메모리에 있는 필요한 변수의 어드레스를 계산하여 코 프로세서로 넘겨주고 자신은 다음 명령어를 가져오게 된다.※ 동작원리주프로세서만을 사용한 보통의 연산과 주 프로세서와 코프로세서를 동시에 사용할 경우는 많은 차이가 있다. 코프로세서를 사용할 경우에는 주 프로세서간의 명령 단계가 줄어들어서 수행시간을 훨씬 단축해주는 것을 볼 수 있다. 또, 코프로세서에서는 일곱 가지로 최대 80비트의 숫자를 사용할 수 있어서 넓은 범위의 계산이나 과학용 시뮬레이션에 적합하도록 되어있다.시스템으로부터 보내진 명령은 CPU로 보내지고 CPU는 그 /60/66 MHz를 사용하며 CPU의 클록은 0.5, 1.0, 1.5 등으로 나뉘어서 발생시킨다. 칩 내부와 외부 시스템간의 속도차이가 생기는 경우 캐시미스로 인해 성능이 떨어질 수도 있다.펜티엄 120MHz120MHz 펜티엄은 0.35마이크론 BiCMOS 기술을 채택하여 제작된 CPU로 펜티엄로세서의 근간을 이루고 있다※ 펜티엄(Pentium) 프로세서동작주파수가 75MHz - 200MHz이고, 이 CPU는 메모리를 액세스하는 데이터 버스가 64비트를 사용하는데 그 때문에 펜티엄 프로세서가 64비트 CPU로 오인 받기도 하였다. 하지만 레지스터의 크기가 32비트이기 때문에 펜티엄 CPU는 32비트 CPU이다.펜티엄 프로세서의 초기 모델은 60/66MHz(P54)를 발표하였으며, 75, 90, 100의 단계를 거쳐 현재는 120, 133, 150, 166, 200MHz의 제품(P54C)이 발표되었다.펜티엄 프로세서는 듀얼 프로세서 기능을 지원한다. 따라서 이를 지원하는 마더보드들이 공급되고 있으며 주로 서버급에 사용되었다. 펜티엄 칩셋중 430HX 칩셋을 사용한 듀얼 마더보드가 여기에 해당되며 국내에서도 NT 서버를 구성하는 시스템에서 활용되었다.※ 펜티엄 CPU의 특징? 슈퍼스칼라 아키텍처? 동적 분기 예측(Dynamic Branch Prediction)? 향상된 명령 실행 시간? 내부 L1 8KB 코드 캐시, 8KB 데이터 캐시? 64비트 데이터 버스? 버스 사이클 파이프라이닝? 시스템 관리 모드? 듀얼 프로세서 지원펜티엄 MMX(Multi Media eXtention)펜티엄에 멀티미디어 명령어 셋을 추가한 CPU로써 동작주파수가 150MHz에서 233MHz이고, 멀티미디어를 위한 57개의 새로운 명령어가 추가되었다.노트북 컴퓨터 용으로는 150MHz 제품의 MMX 프로세서가 있다.데스크탑용의 경우 166MHz, 180, 200MHz의 MMX CPU가 공급되고 있다.펜티엄MMX 프로세서의 패키징 타입은 펜티엄 200MHz와 같은 모습이다. 인텔의 펜티엄 다.

공학/기술| 2006.12.07| 45페이지| 2,000원| 조회(489)

CPU, 중앙처리장치, 제어장치, 연산장치, RISC CISC

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워드 1급 하드웨어 자료정리

- 목 차 -■ 하드웨어■ 중앙처리장치 (CPU)1. CPU의 구성1-1. 제어장치1-2. 연산장치2. CPU의 설계 방법2-1 .CISC 프로세서 (Complex Instruction Set Computer)2-2. RISC 프로세서 (Reduced Instruction Set Computer)3. CPU의 성능 단위3-1. FLOPS(Floating-point Operations Per Second)3-2. MIPS(Million Instructions Per Second)■ 주기억장치1. ROM2. RAM■ 보조기억장치1. 플로피 디스크(Floppy Disk)2. 하드 디스크(Hard Disk)3. CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory)4. 기타 보조 기억 장치■ 입력장치1. 모니터 (Monitor)1-1. 모니터의 종류1-2. 모니터의 성능■ 출력장치1. 프린터 (Printer)1-1. 프린터의 종류1-2. 인쇄 품질 단위■ 하드웨어`하드웨어(Hardware)’란 컴퓨터를 구성하는 모든 장치를 말한다. 시각적으로 그 존재를확인할 수 있고 저울이나 자등을 이용하여 무게를 측정하거나 길이를 확인할 수 있는모든 구성 품들을 컴퓨터에서는 하드웨어로 구분하고 있다. 시각적으로 보이는 키보드,본체, 모니터 등과 본체 내부 전자 기판과 여러 가지 칩(Chip) 모두를 포함한다.하드웨어는 각각의 기능과 역할에 따라 크게 다음과 같이 구분하고 있다.? 컴퓨터는 하드웨어(Hardware)와 소프트웨어(Software)로 구성되어있다.? 하드웨어는 중앙 처리 장치(제어 장치, 연산 장치), 기억 장치(주기억 장치, 보조기억장치), 입력장치, 출력장치로 구성되어있다.1. 중앙 처리 장치(CPU; Central processing Unit)- 중앙처리 장치는 컴퓨터 시스템의 중추를 이루며 각 부분의 동작을 제어하고 연산을 수행하는 핵심적인 부분이다.▷ 중앙 처리 장치 (CPU:Central Processing Unit)? 중앙 처리 장치(CPU)합으로 가상기억장치의 개념과 연관된 컴퓨터의 자료단위이다. 가상기억장치는 사용자로 하여금 실제로는 존재하는 않는 큰 주기억장치가 있는 듯이 보이게 하는 것으로, 프로그램이 필요한 기억장치로 불러들이고 나머지는 보조기억장치에 그대로 남게 함으로써 주기억장치의 용량보다 큰 프로그램을 처리할 수 있게끔 하는 것이다.(4)버스(Bus)다양한 컴퓨터구성요소 사이를 전송시켜 주는 전기적 경로이다. 사용자에게 중요한 버스는마이크로프로세서 사이를 통하여 데이터를 전해주는 데이터 버스이다. 이 데이터 버스가넓을수록 한 번에 처리할 수 있는 데이터도 많아지고 따라서 컴퓨터의 처리속도가 빨라진다.(4)기억장치컴퓨터에서 처리하는 각종 데이터나 계산과정을 임시적 혹은 영구적으로 기억하거나저장하는 장치다. 기억 장치는 크게 다음과 같이 주기억 장치와 보조기억 장치로나누어진다. 어떤 프로그램을 실행시킨다고 했을 때 실행과정이나 계산 처리 과정 등은임시적으로나마 주기억 장치의 하나인 RAM(Random Access Memory)에 보관되어 작업되며,그 결과는 보조 기억 장치인 플로피 디스크나 하드 디스크 등에 보관된다.1) CPU의 구성? 중앙 처리 장치는 제어 장치 연산 장치, 레지스터로 구성된다.? 레지스터(Register)란 중앙 처리 장치 내의 자료가 일시적으로 기억되는 임시 기억 장소를 의미한다.(1) 제어 장치(Control Unit)? 입력장치, 출력장치, 기억장치, 연산장치를 총괄하고 총지휘, 감독한다.? 필요한 장치에 제어 신호를 보내 작동시키고 그 결과를 감시, 감독한다.? 프로그램의 명령을 해독하여 각 장치에 보내 처리하도록 지시하는 일을 담당한다.레지스터기능프로그램 카운터(PC; Program Counter)다음에 수행될 명령어의 주소를 기억하는 레지스터명령어 레지스터(Instruction Register)수행중인 명령의 내용을 기억하는 레지스터명령 해독기(Instruction Decoder)현재 수행해야 할 명령을 해독한 후 수행 가능한 여러 가지제어 신호를 발생시컴퓨터의 성능을 나타내는 단위로 컴퓨터가 1초 동안에 실행할 수 있는 명령의 개수를 100만 단위로 표시한다.2. 주기억 장치 (Main Memory)주기억 장치는 중앙 처리 장치인 CPU의 작업무대가 되는 곳으로 사용자가 입력한 명령을받아들인 CPU의 작업 장소가 되는 곳이다.주기억 장치는 ‘메모리(Memory)’라고 부르는데 자료의 기록 유무에 따라 다음과 같이ROM(Read Only Memory)과 RAM(Random Access Memory)으로 나누어진다.1) ROM(Read Only Memory)?이미 기억된 내용을 읽어내기만 하는 기억장치이다.? 컴퓨터의 기본적인 입출력 프로그램 자가진단 프로그램, 한글-한자 코드수록 등에 주로 사용된다.? ROM에 수록되어 활동되는 프로그램의 형태를 하드웨어와 소프트웨어의 중간 형태로 취급하여 펌웨어(Firmware)라고 부른다.▷ ROM(Read Only Memory)롬은 저장된 자료를 읽을 수만 있고 다른 자료를 저장하거나 내용을 변경할 수 없는메모리(최초에 기록되는 자료들은 컴퓨터 제조업체에서 기록하는 것이며 일반 사용자들이임의로 기록 할 수 없게 되어 있다.)롬은 전원이 공급되지 않아도 기록된 자료는 지워지지 않는다. → 비휘발성 메모리이러한 특성들 때문에 컴퓨터를 운영하는 데 있어 중요한 자료들인 기본적인 입?출력을담당하는 프로그램인 롬 바이오스(BIOS:Basic Input Output System)나 여러 가지글자꼴등이 기록되어 있다.? ROM의 종류구분설명Msk ROM제조업체에서 생산 시에 필요한 데이터를 기억시키며 기억된 데이터는 변경할 수 없음PROM(Programmable ROM)사용자가 ROM Writer를 이용하여 정보를 기록하며 한 번 기록된 데이터는 변경할 수 없음UV-EPROM(Ultra Violet Erasable PROM)자외선을 이용하여 기록된 데이터를 지울 수 있음EEPROM(Electrically EPROM)전지적인 수단을 이용하여 기록된 데이터를 써넣거나 지우기가 가능2) 외부의 온도, 먼지, 습기 등의 자극에 민감한 자성 물질로 이루어진디스크를 보호하기 위한 껍질㉢ 라이너(Liner) : 디스크와 자켓의 완충 작용을 한다.㉣ 디스크(Disk) : 자료를 저장하는 얇은 원판으로 표면에 자성물질이 입혀져 있다.㉤ 중앙 구멍(Central Hole)과 보호 링(Hub Ring) : 플로피 디스크를 드라이브 안에넣었을 때 플로피 디스크 드라이브의 회전축이 들어가는 부분이다.㉥ 헤드 윈도우(Head Window) : 플로피 디스크 드라이브의 헤드가 직접 접촉을 하여디스크에 기록된 자료를 읽어 들이거나 기록하는 부분.㉦ 인덱스 구멍(Index Hole) : 디스크를 읽고 쓸 때의 기준점㉧ 쓰기 방지 홈(Write Protect Tab) : 쓰기 방지 홈을 막은 상태에서 정보를 저장하려고하면 다음과 같은 메시지가 출력된다.Write Protect error writing drive AAbort, Retry, Fall?㉨비틀림 방지 홈 : 플로피 디스크의 휘어짐을 방지하는 부분▷ 3.5인치 플로피 디스켓㉠헤드와 윈도우 보호 덮개 : 헤드 윈도우를 보호하기 위해 만들어 놓은 금속 보호 덮개,디스크를 플로피 디스크 드라이브 안에 넣으면 헤드 윈도우 보호 덮개가 열리면서 드라이브의헤드가 디스크를 읽어 들이거나 기록하게 된다.㉡회전축 홈 : 디스크를 회전시킬 때 사용한다.㉢쓰기 방지 구멍 : 5.25인치와 반대로 3.5인치의 경우는 쓰기 방지 홈을 열어 두면쓰기 방지가 된다.2) 하드 디스크(Hard Disk)? PC에서 주로 사용하는 보조 기억장치로 용량이 매우 크고 처리 속도가 빠르다.? 하드 디스크의 구조- 플래터 ; 원반의 모양으로 실제 데이터가 기록되는 부분- 헤드 ; 데이터를 기록하는 장치- 트랙 ; 디스크 표면의 동심원- 섹터 ; 데이터를 기록하는 단위로 한 개의 트랙을 같은 길이로 분할한 구역- 실린더 ; 같은 번호를 가진 트랙의 집합? 하드 디스크의 성능- MB/S ; 초당 전송 속도- Seek Time ; 드라이브의 읽기 헤드가rive ; 아이오메가사에서 만든 휴대용 저장 장치로 크기는 플로피디스크와 비슷하지만 디스크 1장에 100MB, 250MB의 데이터를 저장한다.? 자기 테이프(Magnetic Tape)- 플라스틱 테이프의 표면에 자성재료를 입혀서 만든 것으로 릴에 감아 놓은 형태로 사용된다.- 순차 접근 기억장치로 순차 처리만 가능하다.- 기록밀도는 BPI로 표시하며 인치당 기록하는 글자 수를 의미한다.4. 입력장치사용자가 원하는 자료를 처리하고자 할 때 그 작업에 해당하는 각종 명령어나 자료들을컴퓨터 내부로 입력하는 장치다. 대표적인 입력 장치로는 키보드, 마우스, 스캐너 등이 있다.? 키보드 ; 표준 입력장치로 문자나 숫자를 손으로 눌러 주기억 장치로 저장하는 가장 기본적인 입력장치이다.1)키보드(Keyboard)? 사용자가 명령어나 자료를 입력할 수 있는 표준 입력 장치이다.? 키보드의 종류는 84키, 86키, 101키, 103키 그리고 최근에는 윈도우즈95 환경에적합하게 만든 106키 등이 있다. 구분은 키보드의 키의 숫자를 기준으로 한다.(1)기능키(Function Key)F1, F2, F3.....F12 라고 쓰여 있는 것이 기능키로 이 키들은 특정의 명령을내리는데 사용된다. 기능키는 프로그램키 라고도 불리워진다.(2)특수키컴퓨터 키보드 Esc, Shift, Tab, Ctrl, Alt, Caps Lock과 같은 특수키를 가지고 있다.이들 중 Shift, Ctrl, Alt키는 수정키로 단독으로 아무런 역할도 못하고 다른 키와 함께눌러졌을 때 원래키의 기능을 수정, 새로운 기능을 발휘한다.① Shift키알파벳문자 키와 같이 눌러졌을 때 해당 알파벳을 대문자로 타이핑하며, 또한 키보드 윗줄 숫자 키와 같이 눌러졌을 때는 숫자키 위에 쓰여진 각종 기호를 타이핑한다.② Ctrl키와 Alt키타이핑한 것을 편집하는 데 사용된다.워드프로세서 소프트웨어에서는 글자를 삽입 하거나 지우기 위해 이들 키를 많이 사용한다.③ Caps Lock키알파벳 문자키를 대문자키로 변환시키는데 사용된

컴퓨터/IT| 2006.12.07| 13페이지| 1,500원| 조회(319)

하드웨어, 워드, 보조기억장치, 중앙처리장치, 주기억장치

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