TIL) CPU의 동작

오늘 CPU의 동작에 대해 질문/답변하는 식으로 TIL을 작성해보았다. 

 

• CPU의 동작 원리를 설명해주세요.
  • 답변 : CPU(중앙 처리 장치)는 컴퓨터 시스템의 핵심적인 구성 요소로서, 프로그램의 명령을 실행하고 데이터를 처리하는 역할을 수행합니다. (명령어 읽고 수행) CPU는 제어장치(CU)가 수행할 명령어 정보를 가지고 오면 이 명령어를 해독하고 해독된 명령어를 수행합니다. 그리고 이 명령어의 수행 결과를 반영합니다.
  • 꼬리질문 : 수행 결과를 반영한다는 것이 정확히 어떤 의미인지 설명해주세요.
    • 답변 : "결과를 반영"을 한다는 의미는 CPU에서 수행된 연산의 결과를 메모리나 레지스터에 저장하는 단계를 말합니다. CPU는 연산을 수행한 후 그 결과를 해당하는 레지스터나 메모리 주소에 저장하여 다음 연산이나 명령어에서 사용할 수 있도록 합니다.
    • 예를 들어, 두 숫자를 더하는 명령어를 실행한다고 가정할 때, CPU는 두 숫자를 가져와서 더하고, 그 결과를 다시 레지스터나 메모리에 저장합니다. 이 저장된 결과는 추후에 다른 명령어에서 필요한 경우에 사용될 수 있습니다. 이렇게 연산의 결과를 저장하고 다음 동작에 활용하는 것을 "결과에 반영한다"라고 이해하면 될 것 같습니다.
      
      
    • 꼬리질문 : 수행된 연산의 결과를 메모리나 레지스터에 저장하는 과정을 구체적으로 설명해주세요.
      • 답변 : 연산의 결과를 메모리나 레지스터에 저장하는 과정은 "결과 저장(Writeback)" 단계에서 이루어집니다. 이 단계는 CPU의 실행 파이프라인에서 연산의 마지막 단계이며 다음은 그 과정을 구체적으로 설명한 것입니다.
      1. 연산 완료: CPU는 연산을 수행한 결과를 얻습니다. 이 결과는 주로 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 논리 연산 등의 연산에 의해 계산된 값이거나 변경된 데이터입니다.
      2. 결과 저장 위치 결정: 연산의 결과를 어디에 저장해야 하는지 결정합니다. 이것은 명령어의 디코딩 단계에서 정해진 정보를 기반으로 합니다.
      3. 레지스터 저장: 레지스터에 저장하는 경우, 결과를 해당하는 레지스터에 기록합니다. 레지스터에 저장된 데이터는 나중에 다른 명령어에서 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 산술 연산 후 결과를 저장하는 레지스터에 저장하여 다음 연산에 사용할 수 있습니다.
      4. 메모리 저장: 메모리에 저장하는 경우, 메모리 주소 계산을 통해 결과를 저장할 위치를 결정합니다. 계산된 결과를 해당 메모리 주소에 저장합니다. 메모리 주소 계산은 주로 인덱스, 오프셋 등을 사용하여 수행됩니다.
      5. 캐시 관리:결과를 메모리에 저장할 때, CPU는 캐시(Cache)와 같은 고속 기억 장치에도 결과를 업데이트할 수 있습니다. 이렇게 함으로써 레지스터나 메모리와 비교해 빠른 엑세스가 가능하게 됩니다.
    • 결과 저장 과정은 CPU 내부의 데이터 이동과 관련된 중요한 단계로, 연산 결과를 올바른 위치에 저장하여 프로그램의 올바른 동작과 데이터 일관성을 유지합니다.