ALU

컴퓨터 구조와 운영체제

CPU 작동 원리 - ALU와 제어장치

ALU

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ALU가 받아들이는 정보

• ALU는 CPU 내부에서 계산을 담당하는 CPU의 구성 요소 중 하나이다.

• ALU는 계산을 하기 위해 피연산자와 수행할 연산이 필요하다. 그래서 ALU는 레지스터를 통해 피연산자를 받아들이고, 제어장치로부터 수행할 연산을 알려주는 제어 신호를 받아들인다.

ALU가 내보내는 정보

• 연산을 수행한 결과는 성능 향상을 위해 바로 메모리에 저장되지 않고 일시적으로 레지스터에 저장된다.

• 계산 결과와 더불어 플래그라는 연산 결과에 대한 추가적인 상태 정보를 내보낸다. ALU가 내보내는 대표적인 플래그는 다음과 같다.

플래그 종류	의미
부호 플래그	- 연산한 결과의 부호 - 1: 음수 - 0: 양수
제로 플래그	- 연산 결과가 0인지 여부 - 1: 0 - 0: 0이 아님
캐리 플래그	- 연산 결과 올림수나 빌림수가 발생 여부 - 1: 올림수나 빌림수 발생 - 0: 발생하지 않음
오버플로우 플래그	- 오버플로우 발생 여부 - 1: 오버플로우 발생 - 0: 발생하지 않음
인터럽트 플래그	- 인터럽트 가능 여부 - 1: 인터럽트 가능 - 0: 인터럽트 불가능
슈퍼바이저 플래그	- 커널 모드 또는 사용자 모드 실행 중 여부 - 1: 커널 모드 실행 중 - 0: 사용자 모드 실행 중

• 이런 플래그들은 CPU가 프로그램을 실행하는 도중 반드시 기억해야 하는 일종의 참고 정보로서, 플래그 레지스터라는 레지스터에 저장된다.

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제어장치

제어장치는 제어 신호를 내보내고, 명령어를 해석하는 부품이다. 그리고 제어 신호는 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 일종의 전기 신호이다.

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제어장치가 받아들이는 정보

1. 클럭 신호

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• 클럭이란 컴퓨터의 모든 부품을 일사불란하게 움직일 수 있게 하는 시간 단위로, 클럭 주기에 맞춰 명령어들이 수행된다.

• 이때 컴퓨터의 모든 부품이 한 클럭마다 작동하는 것이 아니라, 하나의 명령어가 여러 클럭에 걸쳐 실행될 수 있다.

1. 해석해야 할 명렁어

• CPU가 해석해야 할 명령어는 명령어 레지스터라는 레지스터에 저장된다.

• 제어장치는 명령어 레지스터로부터 해석할 명령어를 받아들이고 해석한 뒤, 제어 신호를 발생시켜 컴퓨터 부품들에 수행해야 할 내용을 알려준다.

1. 플래그 레지스터 속 플래그 값

• 플래그는 ALU 연산에 대한 추가적인 상태 정보로, 제어장치는 플래그 값을 받아들이고 이를 참고하여 제어 신호를 발생시킨다.

1. 시스템 버스(제어 버스)로 전달된 제어 신호

• 제어 신호는 CPU뿐만 아니라 입출력장치를 비롯한 CPU 외부 장치도 발생시킬 수 있다.

• 제어장치는 제어 버스를 통해 외부로부터 전달된 제어 신호를 받아들인다.

제어장치가 내보내는 정보

• CPU 내부에 전달하는 제어 신호

  • ALU에 전달하는 제어 신호 : 수행할 연산을 지시

  • 레지스터에 전달하는 제어 신호 : 데이터를 이동시키거나 레지스터에 저장된 명령어를 해석

• CPU 외부에 전달하는 제어 신호

  • 제어 버스로 제어 신호를 내보낸다는 말과 같으며, 크게 두가지가 있다.

    • 메모리에 전달하는 제어 신호 : 메모리에 저장된 값을 읽거나 새로운 값을 쓸 때

    • 입출력장치에 전달하는 제어 신호 : 입출력장치의 값을 읽거나 새로운 값을 쓸 때

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