오늘은 컴퓨터가 2의 보수 표현에 대한 일반적인 산술 방법과 연산을 처리하는 과정을 알아보겠습니다.1. 덧셈1) 덧셈2의 보수로 표현된 수들 간의 덧셈 방법은 먼저 두 수를 더하고, 만약 올림수가 발생하면 버리는 것 입니다.만약 덧셈 결과값의 부호가 1이라면, 그 값은 2의 보수로 표현된 음수를 나타냅니다. 2) 병렬가산기 위의 그림은 덧셈을 수행하는 하드웨어인 병렬 가산기 입니다.병렬 가산기는 데이트 비트 수만큼의 전가산기들로 구성됩니다. 전가산기들은 올림수 비트를 전송하는 선에 의해 연결되는데, 하위 단계의 전기산기에서 발생한 올림수가 상위 단계 전가산기의 올림수 입력으로 들어갑니다.그림은 4비트 데이터 A와 B를 더하여 합 S를 출력하는 과정을 보여줍니다. 점선으로 표시된 부분이 병렬 가산기이며 나..

오늘은 ALU가 수행하는 기본적인 연산 중 하나인 시프트연산과 그 종류에 대해서 알아보겠습니다.1. 논리적 시프트논리적 시프트 연산이란 레지스터 내의 데이터 비트들을 왼쪽 혹은 오른쪽으로 한 칸씩 이동시키는 것을 말합니다.예시를 보겠습니다. 위의 그림은 좌측-시프트연산(shift-left) 수행을 보여주고 있습니다.비트들을 왼쪽으로 한 칸씩 이동하고, 맨 우측 비트로는 0이 들어오는것을 확인할 수 있습니다.0100 비트에 좌측-시프트 연산을 수행하면 1000이 되어 2를 곱한 결과가 됩니다. 반대 방향인 우측-시프트(shift-right) 연산에서는 최상위 비트에 0이 들어오고, 모든 비트들이 우측으로 한칸씩 이동합니다.최하위 비트는 버리게 됩니다. 이 경우에는 0100이 0010이 되어 원래의 수를 ..

오늘은 ALU가 수행하는 기본적인 연산 중 하나인 논리연산에 대해서 알아보겠습니다.1. 논리연산1) 논리연산 개요컴퓨터가 처리하는 데이터의 형태들 중에서 수를 나타내는 데이터는 단어 단위로 취급됩니다. 만약 데이터가 16비트라면 모든 산술적 연산은 16비트 단위로 수행됩니다.논리적데이터에서는 단어 내의 각 비트 단위로 의미를 가지며, 연산도 비트 단위로 처리됩니다.n-비트 데이터들에 대하여 논리연산을 수행하는 장치는 모듈을 n개 이용하여 구성할 수 있습니다.  각 논리 모듈로는 두 단어에서 같은 위치에 있는 비트들이 입력되며, 어떤 연산을 수행할지 선택하는 S1과 S2는 모든 모듈들에 공통으로 인가됩니다. 논리연산에서는 대응되는 비트들 간에 독립적으로 연산이 수행되므로, 모듈간의 데이터 전송 통로는 필요..

오늘은 산술논리연산장치의 구성요소를 간략하게 알아보고 연산에 사용되는 정수들이 어떤식으로 표현되는지를 알아보겠습니다.1. 산술논리연산장치(ALU)1) 산술논리연산장치(ALU) 개요산술논리연산장치는 산술적 계산과 논리 데이터에 대한 연산을 수행합니다. 산술적 계산은 일반적으로 정수(integer)와 부동소수점 수(floating-point number)라는 두 가지 형태의 수들에 대하여 수행되며, 논리 연산은 0과 1의 배열로 표현되는 2진데이터(binary data)에 대하여 이루어집니다.컴퓨터 시스템의 다른 요소들인 제어 유니트, 레지스터, 기억장치 및 I/O장치는 사실상 ALU에 의해 처리될 데이터를 가져오거나 그 결과를 저장하고 출력시키는 역할을 할 뿐입니다. 산술논리연산장치(ALU): CPU 내부..

오늘은 상용 프로세서들의 명령어 형식에 대해 알아보겠습니다.1. CICS와 RISC컴퓨터가 발전하면서 명령어의 종류와 길이가 계속 증가했으며, 주소지정 방식도 더욱 복잡해졌습니다. 그로 인한 회로 복잡도 증가 및 성능 한계를 극복하는 방법도 등장했습니다. CICS 프로세서와 RISC 프로세서를 통해 이를 알아보겠습니다.1) CICS(Complex Instruction Set Computer)CISC는 복잡하고 다양한 명령어 형식을 가진 프로세서 입니다. 명령어의 길이가 가변적으로, 만약 데이터나 주소값이 필요하다면 명령어 길이를 늘려 해결합니다. 자주 보이는 x86, x86-64, AMD64가 CISC를 채택하고 있는 대표적인 아키텍처 입니다.CISC의 장점과 단점을 알아보겠습니다.CISC 장점적은수의 ..

오늘은 명령어 세트에 대해서 알아보겠습니다.1. 명령어 세트1) 명령어 세트 개요CPU의 기능은 명령어들에 의하여 결정됩니다. 명령어들의 종류와 수는 CPU마다 약간씩 다른데, 어떤 한 CPU를 위해 정의되어 있는 명령어들의 집합을 명령어 세트라고 합니다. 명령어 세트를 설계하기 위해서는 다음과 같은 사항들을 먼저 결정해야 합니다.연산 종류: CPU가 수행할 연산들의 수와 종류 및 복잡도데이터 유형: 연산이 수행될 데이터들의 유형, 데이터의 길이(비트 수)와 수의 표현 방식(정수, 부동소수점 수) 등명령어 형식: 명령어의 길이, 오퍼랜드 필드들의 개수와 길이 등주소지정 방식: 오퍼랜드의 주소를 지정하는 방식명령어 세트(instruction set): 한 CPU를 위해 정의되어 있는 명령어들의 집합오퍼랜드..

오늘은 CPU의 프로그램 처리 속도를 향상시키는 명령어 파이프 라이닝에 대해서 알아보겠습니다.1. 명령어 파이프라이닝1) 명령어 파이프라이닝 개요CPU의 성능은 컴퓨터시스템의 프로그램 처리 시간에 직접 영향을 주기 때문에, 그 속도를 향상시키기 위한 여러가지 방법들이 사용됩니다.그중 가장 간단하고 효과적인 방법이 명령어 파이프라이닝 입니다. 명령어를 실행하는데 사용되는 하드웨어를 여러 개의 독립적인 단계(stage)들로 분할하고, 동시에 서로 다른 명령어들을 처리하도록 함으로써 CPU의 성능을 높여주는 기술 입니다. 명령어 파이프라인은 분할되는 단계의 수가 많아질 수록 그 속도가 높아지는 특징이 있습니다.명령어 파이프라이닝(instruction pipelining): 명령어 실행에 사용되는 하드웨어를 여..

오늘은 CPU의 구조와 명령어 실행 사이클에 대해서 알아보겠습니다.1. CPU의 구조1) 프로그램 수행 동작CPU는 기억장치에 저장되어 있는 프로그램 코드인 명령어를 실행함으로써 프로그램 수행이라는 기본적인 기능을 수행합니다.프로그램을 수행할때의 세부적인 동작을 순서대로 나열해보겠습니다.명령어 인출: 기억장치로부터 명령어를 읽어옴명령어 해독: 수행해야 할 동작을 결정하기 위해 명령어를 해독데이터 인출: 명령어 실행을 위해 데이터가 필요한 경우, 데이터를 기억장치나 I/O 장치로부터 데이터를 가져옴데이터 처리: 데이터에 대한 산술적 혹은 논리적 연산 수행데이터 저장: 수행한 결과를 저장명령어 인출과 해독은 모든 명령어들에 공통된 동작입니다. 나머지 3가지 동작은 명령어에 따라 수행됩니다.2) CPU의 기본..