[컴퓨터 구조] CPU의 구조 및 CPU VS GPU

CPU란?

: 명령어를 해석, 연산, 결과를 저장하는 등의 수행을 하는 유닛

Core란?

: CPU 역할을 수행하는 블록
- 한 개의 CPU 칩에 한 개의 코어가 있으면 싱글코어, 코어 개수에 따라 prefix가 달라짐(듀얼코어 등)

Core의 구성요소

1. 제어 장치 (CU, Control Unit)

: 명령어 레지스터(메모리)에 저장된 명령어를 가져와 해석 후 명령어 실행을 지시할 제어 신호 생성
- 프로그램 계수기(프로그램 순서 제어), 명령 레지스터(명령어 임시 기억), 명령해독기(레지스터의 명령을 해독하여 수행 장치에 제어 신호를 보냄)로 구성

 

2. 연산 장치 (ALU, Arithmethic Login Unit)

: 제어 장치의 지시를 받아 산술, 논리, 비트 연산 등 실제 연산을 수행하는 장치
- 가산기, 보수기, 누산기, 기억 레지스터, 데이터 레지스터 등으로 구성

 

3. 기억장치 (Register)
: 제어, 연산 장치 등에서 사용하는 임시 기억 장치의 역할, 캐시나 메모리로부터 읽어 온 데이터가 저장되는 CPU 내부 메모리
- 명령어 실행을 위한 데이터 상태, 명령어 저장

• PC (Program Counter) : 다음 인출(Fetch) 될 명령어의 주소를 가지고 있는 레지스터
• AC (Accumulator) : 연산 결과 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터
• IR (Instruction Register) : 현재 실행 중에 있는 명령어 부호 저장
• SR (Status Register) : 현재 CPU 의 상태를 가지고 있는 레지스터
• MAR (Memory Address Register) : PC 에 저장된 명령어 주소가 사용되기 전에 일시적으로 저장되는 주소 레지스터
• MBR (Memory Buffer Register) : 기억장치에 저장될 데이터 혹은 읽혀진 데이터가 일시적으로 저장되는 버퍼 레지스터

캐시 메모리란?

: 코어 내 레지스터는 메인 메모리에서 데이터를 읽어올 수 있지만 메인메모리와의 속도차로 병목현상 발생 가능
- 이 속도차이를 극복하기 위해 사용하는 것이 캐시 메모리
- 코어 밖, CPU 내부에 존재

 CPU의 연산

1. Fetch(인출) : 메모리상의 프로그램 카운터(PC)가 가리키는 명령어를 CPU로 인출하여 적재

2. Decode(해석) : 명령어의 해석, 이 단계에서 명령어의 종류와 타겟 등을 판단

3. Execute(실행) : 해석된 명령어에 따라 데이터에 대한 연산을 수행

4. Writeback(쓰기) : 명령어대로 처리 완료된 데이터를 메모리에 기록

CPU의 동작 과정

 

1. 주기억장치는 입력장치에서 입력 받은 데이터 또는 보조기억장치에 저장된 프로그램을 읽음
2. CPU는 프로그램을 실행하기 위해 주기억장치에 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어 처리하고 결과를 다시 주기억장치에 저장
3. 주기억장치는 처리 결과를 보조기억장치에 저장하거나 출력장치로 보냄
4. 제어장치는 1~3 과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 각 장치를 제어

CPU VS GPU

구분	CPU (Central Processing Unit)	GPU (Graphic Processing Unit)
목적	순차적(sequential)이고 복잡한 처리를 하는 일에 특화 (일반적인 컴퓨터 운영에 있어서는 GPU보다 성능 좋음)	병렬적(parallel)이고 간단한 처리를 하는 일에 특화 (단순 연산 능력이 엄청나게 빠름)
코어의 개수	적음 (보통 게이밍 CPU기준 8개 수준)	많음(수백개~수천개)