| 정보처리기사 시험대비 | 전자계산기구조 | 중앙처리장치와 레지스터

정보처리기사 필기 2과목 전자계산기 구조에서 중요하게 다루는 것이 중앙처리장치의 구성에 관한 내용입니다.

중앙처리장치의 구성 요소는 크게 제어 장치, 연산 장치, 레지스터로 이루어져 있습니다.

 

제어 장치는 인간의 뇌와 비슷한 기능을 하는 장치로써 컴퓨터의 모든 장치들이 동작하도록 명령을 내리고 제어하는 장치입니다. 제어 장치가 기능하는 원리는 컴퓨터의 주기억장치를 통해 받아들인 명령어를 읽어 들여 명령어에 해당하는 장치에게 제어 신호를 보내 명령에 맞는 기능을 하도록 지시합니다. 

이러한 제어 장치는 다양한 장치들로 구성되어 있습니다. 제어 장치는 명령 레지스터, 명령 해독기(Decoder), 제어신호 발생기(Encoder, 부호기), 제어 주소 레지스터(CAR, Control Address Register), 제어 버퍼 레지스터(CBR, Control Buffer Register), 순서 제어 모듈, 순차 카운터(Sequence Counter) 등으로 이루어져 기능을 성공적으로 수행합니다.

명령 레지스터는 현재 실행 중인 명령어의 내용을 기억하는 레지스터입니다. 명령 레지스터의 명령어를 컴퓨터가 인식할 수 있도록 해석하는 기능은 명령 해독기(Decoder)가 담당합니다. 컴퓨터가 인식할 수 있게 해석된 명령에 맞게 컴퓨터의 해당 장치로 보낼 제어 신호를 발생시키는 회로는 제어신호 발생기 또는 부호기(Encoder)입니다.

제어 주소 레지스터(CAR)는 다음에 실행할 명령어의 주소를 저장하는 레지스터입니다. 제어 버퍼 레지스터(CBR)는 제어 기억장치를 통해 들어온 명령어 비트를 일시적으로 저장하고 그대로 내보내는 기억 장치입니다. 

위의 과정에서 다뤄지는 명령어들은 마이크로 명령어들로써 이러한 마이크로 명령어들로 구성된 마이크로 프로그램은 내부의 제어 기억장치에 저장됩니다. 수많은 마이크로 명령어들이 실행되는 순서를 정하는 기능은 내부의 여러 회로들로 구성된 순서 제어 모듈이 수행합니다. 명령 레지스터의 명령어를 해독하는 명령 해독기에 의해 선택된 번호의 타이밍 신호를 생성하는 역할은 순차 카운터(Sequence Counter)가 수행하여 컴퓨터의 명령 체계 진행을 돕습니다.

다음으로 제어 장치를 거쳐 해독된 명령어의 내용을 구체적으로 수행하는 역할을 하는 연산 장치에 대해 살펴보겠습니다. 연산 장치가 하는 연산의 종류는 여러 가지가 있습니다. 연산 장치는 산술 연산, 논리 연산, 관계 연산, 이동(Shift) 연산 등을 직접 수행합니다.

이러한 연산을 수행하기 위해 연산 장치를 구성하는 세부적인 장치들로는 가산기, 누산기(AC; Accumulator), 보수기, 데이터 레지스터, Shift Register 등이 있습니다.

중앙처리장치를 구성하는 장치들을 크게 세 가지 부분으로 나눠서 살펴볼 때, 마지막 장치는 메모리들 중에서 가장 속도가 빠른 임시 저장 장소인 레지스터입니다. 레지스터는 CPU 내부에서 처리하는 명령어나 연산의 중간 결괏값을 일시적으로 기억하여 연산 수행을 돕는 임시 기억 장소입니다.

메모리 중에서 가장 속도가 빠른데 이러한 특징의 원인은 플립플롭(Flip-Flop)이나 래치(Latch)를 병렬로 연결한 회로 구성에서 찾을 수 있습니다. 임시 저장 장소인 레지스터의 크기는 따라서 메모리 크기에 따라 결정되는데, 이때 보통 워드를 구성하는 비트의 수만큼 플립플롭을 구성합니다. 

병렬적으로 연결되어 레지스터를 구성하는 플립플롭은 공통 클록 신호의 입력에 의해 동시에 여러 비트의 데이터가 저장되며, 저장 값을 임의로 설정하기 위해 입력 단자를 추가적으로 설치할 수 있습니다. 저장값을 해제하고 싶을 때는 반대로 레지스터의 저장값을 0으로 하는 설정 해제를 할 수 있습니다.

레지스터 간의 자료 전송 방식은 직렬 전송, 병렬 전송, 버스 전송이 있습니다. 직렬 전송은 하나의 클록 펄스로 동시에 워드가 전송되는 병렬 전송보다 속도가 느립니다. 버스 전송은 병렬 전송에 비해 결선 횟수를 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.