CPU의 기본이해 본캠프 TIL 01/13

POINT 1.   

CPU란?

CPU(Central Processing Unit)의 약자로, 중앙 처리 장치를 의미합니다.
컴퓨터 시스템의 두뇌 역할을 하며, 프로그램의 명령어를 해석하고 실행하는 핵심 장치입니다.

쉽게 풀어 설명하자면, 컴퓨터에서 모든 작업을 지시하고 수행하는 중심적인 처리 장치라고 볼 수 있습니다.
CPU는 연산, 데이터 처리, 명령 실행을 담당하며 컴퓨터의 전반적인 성능을 좌우합니다.

 

POINT 2. 

그렇다면 왜 개발자는 CPU를 알아야 하는가? 

 

개발자가 CPU를 이해해야 하는 이유는, 프로그램이 CPU에서 어떻게 실행되는지를 이해하면 더 효율적이고 최적화된 코드를 작성할 수 있기 때문입니다.

특히, 아래와 같은 이유에서 CPU에 대한 이해는 중요합니다:

1. 프로그램 성능 최적화:
   • CPU의 코어 수와 클럭 속도를 고려해 멀티스레드 작업을 설계하거나 성능을 향상시킬 수 있습니다.
2. 병목 현상 해결:
   • CPU가 작업을 처리하는 동안 발생할 수 있는 병목을 파악하고, 이를 최소화할 방법을 찾을 수 있습니다.
3. 하드웨어 친화적 설계:
   • CPU의 구조를 이해하면 하드웨어와 소프트웨어 간의 상호작용을 더 잘 설계할 수 있습니다.

 

POINT 3. 

CPU의 구조와 동작 방식 .

 

CPU는 크게 세 가지 주요 구성 요소로 나뉩니다:

1. 제어 장치 (Control Unit)
   • 명령어를 해석하고, 실행에 필요한 신호를 다른 장치로 보냅니다.
   • 프로그램 카운터를 사용해 명령어의 실행 순서를 관리합니다.
2. 산술 논리 장치 (ALU, Arithmetic Logic Unit)
   • 산술 연산(덧셈, 뺄셈 등)과 논리 연산(AND, OR, NOT 등)을 수행합니다.
   • 계산 및 비교 작업의 중심입니다.
3. 레지스터 (Register)
   • CPU 내부의 고속 임시 저장소로, 데이터와 명령어를 저장합니다.
   • 매우 빠르게 읽고 쓸 수 있어, 프로그램 실행 속도에 큰 영향을 미칩니다.

 

EX)

• 1. 사용자가 프로그램을 실행하면
     프로그램은 저장 장치에서 메모리로 로드되고, CPU는 명령어를 가져옵니다(Fetch 단계).
  2. 명령어를 해석하고 실행
     CPU는 제어 장치를 사용해 명령어를 해석(Decode 단계)하고, ALU가 필요한 연산을 수행합니다(Execute 단계).

 

POINT 4.

 CPU가 데이터를 처리하는 흐름 요약

 

1. 명령어 가져오기 (Fetch):
   • 프로그램 메모리에서 명령어를 가져옵니다.
2. 명령어 해석 (Decode):
   • 명령어를 분석하고, 어떤 작업을 수행해야 하는지 결정합니다.
3. 명령어 실행 (Execute):
   • ALU에서 연산을 수행하거나 데이터를 메모리에 읽고 씁니다.
4. 결과 저장 (Write Back):
   • 연산 결과를 레지스터나 메모리에 저장합니다.
5. 다음 명령어로 이동:
   • 프로그램 카운터를 증가시켜 다음 명령어를 가져옵니다.