[tbd] Disk, Memory, CPU, ALU, FPU

하드웨어/특성

구성

연산처리순서

 

하드웨어적 측면에서 볼 때, CPU와 메모리는 수많은 트랜지스터로 구성된 IC(Intergrated Circuit, 집적 회로)이다.

 

 

 

CPU(Central Processing Unit)는 기능적인 면에서 볼 때, 레지스터, 제어장치, 연산장치, 클럭 등으로 구성되어 있고 이들은 전기적으로 연결되어 있다.

 

레지스터: 처리하려는 명령어와 데이터를 보관하는 영역으로, 일종의 메모리와 같다.

제어장치: 메모리의 명령어와 데이터를 읽은 후 레지스터에 집어넣고, 명령어가 실행되는 결과에 따라 컴퓨터 전체를 제어한다.

연산장치: 레지스터가 메모리로부터 읽은 데이터를 연산하는 역할을 한다.

 

ALU (Arithmetic and Logic Unit): 산술 논리 유닛

FPU (Floating Point Unit): 부동 소수점 연산을 위한 하드웨어 논리회로 모듈

 

초기의 마이크로프로세서는 정수형 계산을 기반으로하는 ALU만을 사용하였다.

후에 실수형 데이터 처리를 위해 전용 하드웨어인 FPU가 만들어졌다.

부동소수점 실수에 대한 사칙연산을 지원하며, 모듈에 따라 거듭제곱뿐 아니라 삼각함수 등 다양한 수학계산을 할 수 있다.

정수형 ALU만을 가지고 있는 경우 소프트웨어 개발도구에서 부동소수점을 계산하는 함수 형태의 기계어 코드 집합을 제공한다.

대부분의 8비트 CPU 개발도구는 단정밀 부동소수점 처리함수만 제공한다. 정수형 ALU을 사용하여 부동 소수점을 계산하는 여러개의 기계어 코드를 이용하여 FPU의 기능을 흉내낸다. 물론 이 경우는 FPU를 사용하는 경우보다 연산 속도가 훨씬 느리다.

FPU는 전적으로 대형 수학적 연산을 강조하는 명령 집합이 있어서 계산이 빨라질 수 있다. 현재 대부분의 PC에서는 FPU를 채택하고 있으며, 평상시에는 수행하지 않다가, 그래픽 이미지 처리나 표현 등과 같은 특별한 일을 수행할 때에만 FPU가 작동하게 된다.

그래픽 처리를 위한 GPU는 부동 소수점 전용의 병렬구조를 갖고 있으며 빠른 계산을 행한다.

주로 그래픽 카드에 사용하여 3D 처리를 위한 계산을 담당한다. 3D 게임이나 복잡한 수학계산을 실행할 때 사용하며 PC에 사용하는 CPU와 한 칩에 결합하는 경향이 있다.

 

클럭: 컴퓨터가 작동하는 시간이 계산되는 클럭 신호/펄스를 발생시킨다.

 

FLOPS, FLoating point OPerations per Second

컴퓨터 성능을 수치로 나타낼 때 사용되는 단위

초당 부동소수점 연산

슈퍼컴의 경우 테라플롭스 (10^12)

개인PC의 경우 클럭 (Hz)

PFLOPS 페타플롭스 (10^15)

 

 

 

 

RAM (Random Access Memory)

전원 끊기면 데이터 잃음

주기억장치

명령어, 데이터 보관

읽고 쓸 수 있는 메모리 소자로 구성되어 있는데, 1바이트씩 구분된다. (어드레스)

 

Little-endian VS. Big-endian

메모리 시작 주소가 하위 바이트/상위 바이트부터 기록

 

disk - memory - CPU 의 순서를 거쳐 프로그램이 실행됨.

disk cache: 디스크로부터 읽은 데이터를 보존해두는 메인 메모리 안의 영역. 반복 시 속도가 빠름

virtual memory: 디스크의 일부를 가상의 메모리처럼 사용. paging file / swap file

1 클러스터 = 512 bytes