[컴퓨터학개론 14장] - stored program

Stored Program 

 

폰 노이만 아키텍처

명령어와 데이터 모두 메모리에 저장하자.

폰 노이만이 구상한 저장 프로그램의 구조이다. 현재의 CPU 구조와 매우 흡사하다.

CPU, input, output, memory는 버스를 통해서 서로 자료를 주고받는다.

 

input device

• keyboard
• mouse
• mircrophones
• scanners
• digital cameras

output device

• monitor
• printer
• speaker

memory 

각각 고유한 실제 주소를 가진 셀 모음

대부분의 컴퓨터는 byte-addressable이다.

• 해당 주소를 가지고 있고, 주소에 value가 있다.
• 8bit를 저장할 수 있는 방이 여러 개
• 방마다 address를 붙임. 
• 2진수 형태이다.
• 메모리는 주소만 알면 됨. (내용물은 몰라도 된다) - 저장의 용도이기 때문에

 

Arithmetic/Logic Unit(ALU) - CPU의 계산 장치

• ALU - 산술/논리(연산) 장치
  • cpu의 일부
• 입력값이 2개여야 함.
• 더하기, 빼기 가능
• AND, OR NOT 가능
• 레지스터라고 불리는 특별한 저장공간을 가지고 있다.
  • 레지스터 : 32/64 bit 정도를 저장하는 (CPU 내부) 초고속 메모리

Control Unit -ALU를 제어

• Control Unit -제어장치
• Instruction register (IR) - 명령어 레지스터
  • 현재 실행할 명령어를 포함함.
• Program counter(PC) - 프로그램 카운터
  • 현재 명령어가 어디까지 진행됐는지 저장함.
  • 다음번에 실행할 명령어를 찾기 위해서 존재
  • 그다음 주소의 명령어를 실행시키기 위해 PC값을 바꿔줌.
• Central Processing Unit(CPU) -중앙처리장치
  • CPU = ALU(계산함) + CU(제어함) + rergister(정보를 저장)
•  

Flow of Information

Bus

• 컴퓨터와 구성요소, 컴퓨터와 컴퓨터 사이에서 정보를 전달하는 의사소통 시스템(통로)
• Cpu, main-memory , I/O devices, other componets를  포함함.

what is an N-bit Processor?

• it could mean any of these?
  • N-bit general register
  • N-bit ALU
  • N-bit addresses
  • N-bit data bus
• 32 bit processor (32 bit cpu)
  • 32bit register-> upgrade to 64 bit
  • 32 bit ALU -> upgrade to 64 bit
  • 32 bit addresses -> upgrade 64 bit
  • 32 bit data bus
  • 4개 중 작은 숫자의 bit를 따라감. 

N-bit processor는 2^N-> byte로 변환에 접근 가능하다.

 

The Fetch-Execute Cycle

• Fetch the next instruction - 명령어 인출
• Decode the instruction - 명령어 해독
• get Data if needed 
• Execute the instruction - 명령어 실행

 

CPU 내부 작동 : ADD AC, 3

• fetch step
  • PC->AR(addres register)
  • memory @ AR -> DR(data regi)
  • DR->IR(instruction register)
  • PC+1 -> PC (명령어를 실행했다면 +해줌)
• decode step
  • IR->CU(control unit)
  • CU decodes IR as " ADD 3 to AC"
• execute step
  • ALU do "ADD"
  • AC + 3 -> AC(accumlulator register)

쉽게 말하면

• 현재 내가 실행해야 할 명령어 찾기 -> PC
• PC -> 주 소값 찾기 -> 주소 값에 해당하는 데이터 뽑아서
• 명령어에 넣고
• PC를 ++
• IR에 있는 명령어를 CU에 넣어서 CU가 명령어를 해독함
• 그 명령어(계산 이면 ALU)를 실행함.

CPU 내부 작동 : STORE MEN

• fetch step
  • PC -> AR
  • memory @ AR -> DR
  • DR -> IR
  • PC +1 -> PC
• decode step
  • IR -> CU
  • CU decodes as "STORE AC to MEN
• exectue step
  • AC->DR
  • MEN -> AR(addr reg) (MEN을 저장할 주소 값을 선정)
  • DR -> memory @AR  - 해당하는 주소에 Data(MEN)을 저장함.

RAM and ROM

Random Access Memory (RAM) - 랜덤 액세스 기억장치 - 휘발성 (껐다 켜면 지워짐)

• 각 위치에 액세스 할 수 있지만 변경할 수 있는 메모리

Read Only Memory(ROM) - 읽기 전용 기억장치 - 비휘발성 (껐다 켜면 지워지지 않음)

• 각 위치에 접 글 할 수 있지만 변경되지 않는 메모리
• 부팅프로그램-> ROM에 해당

Secondary Storage Devices - 작업한 것을 저장

• 보조 기억 장치
• RAM의 휘발성 때문에 필요함
• 하드디스크,자기 테이프, CD 등등
• Magnetic Tape - 자기테이프
  • 시장에 존재 x
• Magnetic Disk -자기 디스크
  • 하드디스크가 대표
    • seek time
      • 정확한 트랙에서 헤드가 읽고 쓰는 시간
    • Latency 
      • 섹터가 제자리로 돌아가는 시간
    • Transfer rate 
      • 데이터가 디스크에서 메모리로 이동하는 속도
      • Max read speed : 456MB / sec
• Optical Disk- 광학 디스크
  • CD (Compact Disk)
    • CD - ROM read only memory
    • CD-DA digital audio - 디지털 오디오
    • CD - WORM write once , read many
    • CD-RW or CD - RAM both read from and written to
  • DVD
    • Digital Versatile Disk의 약칭, 오디오와 비디오를 저장함.
  • Blue-Ray
    • DVD 상위 호환, 높은 해상도를 가짐. 
• Flash memory
  • USB가 대표적
  • 비휘발성
  • 지우고 재작성이 가능
• Touch Screens
  • 컴퓨터 모니터인데 user의 터치에 반응하는 모니터
  • 4가지 타입
    • Reistive (저항 막방식)
      • 현재는 드물게 사용함.
      • 멀티-터치를 인식하기 힘듦
      • 터치 인식률이 낮음
      • 손가락이 아니어도 가능함.
    • Capacitive(정전용량 방식/전도성 터치 스크린)
      • 멀티-터치 가능
      • 손가락 또는 전용 터치 기구 필요함.
    •  Infrared(적외선 방식)
      • ATM 기계에서 주로 사용
      • 정밀도가 떨어짐
    • Surface acoustic wave(SAW) - 표면 초음파 방식
      • 정밀도가 높음
      • 가격이 비싸고, 소형화가 힘듦