CPU (Central Processing Unit, 중앙 처리 장치)

CPU ( 중앙 처리 장치 )

CPU는 본질적으로 컴퓨터의 활성 두뇌에 해당합니다. CPU는 데이터 입력을 정보 출력으로 변환하는 컴퓨터 내부의 관리자로 볼 수 있습니다.  컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램 연산을 실행 및 처리하는 핵심적인 컴퓨터의 제어 장치이며 회로망을 통해 기계어로 작성된 컴퓨터 프로그램의 명령어를 해석하고 저장하여 실행합니다.

인간의 뇌 처럼 컴퓨터의 뇌라고 생각할 수 있는 장치이며 인간의 뇌와 마찬가지로 CPU는 멀티태스킹이 가능하여 컴퓨터의 내부 기능 조절, 전력 소모 감독, 컴퓨터 리소스 할당이나 다양한 앱, 프로그램 및 네트워크와 인터페이스를 동시에 수행 할 수 있습니다.

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데이터 스토리지 및 메모리

• 데이터 스토리지는 나중에 쉽게 액세스하거나 영구적으로 보관할 수 있도록 정보를 보관하는 행위를 말합니다.
  컴퓨터는 기본 스토리지와 보조 스토리지로 분류되는 두 가지 유형의 스토리지를 사용합니다. 기본 스토리지 ( 메인 메모리 또는 "메인") 에는 작동 지침 또는 데이터 검색이 포함되어 있습니다. CPU는 정기적으로 기본 스토리지와 연동하여 이러한 데이터에 액세스 합니다.
• 메모리는 특정 작동 지침 또는 다른 형태의 디지털 정보를 추출하고 활용할 수 있는 컴퓨터 파일의 할당 부분입니다. 메모리는 일반적으로 최근 컴퓨터 사용 중에 가장 자주 액세스한 파일을 위한 단기 저장소의 형태를 가지고 있습니다. 데이터가 운영 체제(OS)에 처음 들어가면 해당 OS의 랜덤 액세스 메모리(RAM)에 배치됩니다.

CPU의 표준 운영 메모리는 사람의 단기 기억과 유사하여 RAM 데이터를 컴퓨터의 캐시 메모리에 주기적으로 제거하기 전에 그 '순간'에만 기억을 합니다.

보조 스토리지는 인간의 장기 메모리와 유사하며 하드 드라이브나 SSD와 같은 보조 저장 장치에 데이터를 보관하여 데이터를 영구 또는 장기간 보존하는 것을 말합니다.

 

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CPU의 구성 요소

CPU는 주요 구성 요소로 세 가지 정도를 볼 수 있습니다.

1. 제어 장치
   CPU의 제어 장치에는 전기 펄스 시스템을 통해 컴퓨터의 시스템을 안내하고 높은 수준의 컴퓨터 명령을 실행하도록 알려주는 회로가 있습니다. 하지만 제어 장치 자체는 개별 앱이나 프로그램을 제어하는것이 아니라 관리자가 다른 작업자에게 특정 작업을 할당하는 것처럼 작업을 할당할 뿐입니다.
2. 산술/논리 단위 
   산술/논리 단위(ALU. 산술 논리 장치)는 모든 산술 연산과 논리 연산을 처리합니다. 수학 기능은 사칙연산( + (더하기), − (빼기), × (곱하기), ÷ (나누기))을 기반으로 합니다. 논리 연산에서는 특정 컴퓨터 작업과 관련된 특정 유형의 비교(ex: 문자, 숫자 또는 특수문자) 가 포함 됩니다.
3. 메모리 장치
   메모리 장치는 RAM과 CPU사이에 발생하는 데이터 흐름을 관리하는 것부터 캐시 메모리의 중요한 작업을 감독하는 것까지 메모리 사용과 관련된 몇가지 주요 기능을 처리합니다.

주요 구성 요소 외에 다음과 같은 CPU 구성 요소도 필수적으로 필요합니다.

1. 캐시
   메모리 속도는 CPU가 실행되는 방식에 중요한 요소이지만, 아이러니하게도 CPU는 실제로 RAM에 액세스하지 않습니다. 대신 CPU에는 CPU프로세서 칩에서 캐시가 유리한 위치에 있기 때문에 RAM이 보다 빠른 속도로 이러한 작업을 일상적으로 처리하는 하나 이상의 캐시 계층이 있습니다.
2. 레지스터 
   CPU가 다양한 데이터 처리 명령을 효율적으로 수행하려면 즉각적이고 상시적인 데이터 요구를 신속하게 충족해야 합니다. 이를 위해 CPU는 일종의 영구 메모리 형태인 레지스터를 사용합니다. 레지스터를 CPU내부에 구축함으로써 필요한 즉시 밀리초 단위로 레지스터 데이터에 액섹스 할 수 있습니다.
3. 클럭
   CPU 내부의 복잡한 회로가 고도로 동기화되어 작동하는 것이 필수적입니다. CPU 클럭은 일정한 간격으로 전기 펄스를 발생시켜 다양한 컴퓨터 구성 요소와 동기화함으로써 이 프로세스를 관리합니다. 이 펄스가 전달되는 속도를 클럭 속도라고 하며, 헤르츠(Hz)또는 메가헤르츠(MHz) 단위로 측정합니다. 보통 3.0GHz이면 초당 30억 번의 명령어 처리를 할 수가 있습니다.
4. 멩령어 레지스터 및 포인터
   명령어 세트가 CPU에 의해 수행될 때 명령어 포인터는 CPU에 의해 실행될 다음 명령어으이 위치를 보여줍니다. 현재 명령어가 완료되면 다음 정보가 명령어 레지스타에 나타나고 명령어 포인터 내에서 새 명령어가 강조 표시 됩니다.
5. 버스
   컴퓨터 버스는 컴퓨터에서 컴퓨터 시스템 내부의 컴퓨터 구성 요소 간의 적절한 데이터 전송과 데이터 흐름을 보장하는 매우 독특한 역할을 합니다. 버스의 너비는 버스가 병렬로 전송하는 비트 수를 나타내며 버스는 컴퓨터가 CPU를 온보드 메모리에 연결하고 다른 용도로 사용할 수 있는 방법을 제공합니다.

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CPU 의 작동 방식

CPU 기능은 컴퓨터 클럭에서 제공하는 동기화 지원과 함께 제어 장치에 의해 처리됩니다. CPU 작업은 컴퓨터의 처리 능력이 허용하는 범위 내에서 다음가 같은 기본 컴퓨터 명령을 특정횟수 만큼 반복해야 하는 CPU 명령 주기라고 하는 설정된 주기에 따라 발생합니다.

• 가져오기 : 메모리에서 데이터를 검색할 때마다 가져오기가 발생
• 디코딩 : CPU내의 디코더는 바이너리 명령을 CPU의 다른 부분과 연동되는 전기 신호로 변환
• 실행 : 실행은 컴퓨터가 컴퓨터 프로그램의 명령 집합을 해석하고 실행할 때 발생합니다.

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