CPU는 어떻게 명령을 처리할까?

CPU의 구조

• 명령어 사이클
  1. Instruction Fetch
     • CPU가 다음에 실행될 명령어를 가지고 오는 것이다.
     • IP(Instruction Pointer; PC(Program Counter)라고도 함)에서 다음에 실행될 명령어의 주소를 가지고 있다.
     • ex) Add 3, 5 라는 명령어를 가져온다.
  2. Instruction Decode
     • 명령어의 Operation code를 해독하는 단계이다.
     • ex) Add 를 해독하여 더하기 명령이라는 것을 알아낸다
  3. Operand Fetch
     • 피연산자를 가져오는 단계이다.
     • ex) 3, 5를 가져온다.
  4. Execution
     • CPU가 연산을 수행한다.
• Instruction Fetch → Instruction Decode → Operand Fetch → Execution
• CPU의 연산 과정
  • CPU에는 3가지 주요 Unit이 있다.
  1. Memory(Storage) Unit
     • 이 유닛은 명령어, 데이터, 중간 결과 등을 저장할 수 있다.
     • 다른 유닛으로 정보를 전송할 때도 쓰인다.
     • 레지스터, 캐시등 크기와 속도가 다른 여러 종류가 있다.
     • 모든 입력데이터와 출력데이터가 메모리 유닛을 통해 전송된다.
  2. Control Unit
     • 다음에 실행될 명령을 Memory Unit으로 부터 가져오고, 해독하여 신호를 ALU로 보내준다.
       • Control Unit은 CPU의 클럭 신호를 입력받아 적절한 명령 신호를 보내준다.
       • ALU가 아니더라도 메모리나 입출력 장치로 신호를 보내는 역할도 한다.
  3. Arithmetic Logic Unit
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     • ALU는 실제로 연산을 수행하는 장치이다.
     • 사칙연산, Shift, 논리연산등을 수행한다.
     • Operation code와 Operand를 받는다.
     • 이렇게 받은 값들을 내부의 가산기, 보수기, 시프터, 오버플로우 검출기를 이용해 계산한다.
       • 가산기(Adder) : 2진수의 덧셈 연산을 수행한다.

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       • 보수기 : 보수를 구한다. NOT 논리연산이다.
         • 가산기와 보수기를 사용하여 뺄셈 연산을 수행한다.
       • 시프터 : 시프트 연산을 수행한다.
       • 오버플로우 검출기 : 오버플로우를 검출한다.

컴퓨터가 화면을 보여주는 원리

1. 그래픽 데이터를 만든다. (이미지, 동영상 등)
2. 이미지(JPEG, PNG, BMP, GIF 등)를 픽셀 단위로 나누고, 3바이트(2^8 = 0~255, RGB)에 픽셀의 색을 저장한다.
3. GPU가 이미지 데이터를 처리하고 모니터에 표시할 수 있는 디지털 신호(RGB 신호)로 변환한다.

https://velog.io/@ckstn0777/컴퓨터구조-9htxi9jo