0번
다음은 기억장치에 저장된 명령어들을 실행함으로써 프로그램을 수행시키는 CPU의 동작과정이다.
순서에 맞게 나열해주세요.
가. 데이터 인출
나. 데이터 저장
다. 명령어 인출
라 데이터 처리
마 명령어 해독
__와 __는 공통적으로 수행되지만 ___, ___, ___는 필요한 경우에만 수행한다.
1번
빈칸에 알맞은 답을 채워주시고 간단한 설명도 작성해주세요.
CPU는 _____,_____,_____ 으로 구성된다.
2번
보기를 보고 알맞은 답을 채워주세요
가장 느리고, 가장 빠르고, 범용 레지스터, 특수기능 레지스터, 제어유닛, STORE, JUMP, IR, AR, VR, XR, MR MAR, MDR, MRI, PC, UCC, KCC, AC, SP, HP,
CPU내부의 다양한 레지스터들의 집합인 레지스터 세트는 액세스 속도가 기억장치들 중 1) _____,
종류로는 크게 2) ________와 3) ________가 있다.
2)____에는 4)__,__,__,__,___,___으로 이루어져있다
3번
다음은 CPU 내부 구조에 대한 대화입니다.
대화내용을 읽고 틀리게 말한 사람을 고르세요
Kukim : 왼쪽 네모그림 안에있는 구성요소들이 CPU의 내부 요소야 바로 ALU, 레지스터 셋, 제어유닛이 포함되어있지.
Daelee : 아 그렇구나 PC위에 있는 +는 뭐야?
Yeosong : 그건 내가 얘기해줄게, PC는 이전에 인출했던 명령어 주소값을 가진 레지스터인데 명령어가 인출된 이후에 자동적으로 주소값이 1씩 증가되어서 가장 최근에 수행된 명령어 주소값을 가리키게 돼
Jakang : 아하 그렇구나 어 보니까 CPU Internal Bus는 CPU 내부에서만 사용하고 외부랑 직접적으로 연결이 되어있지 않네? 왜 그렇지? 그러면 어떻게 외부랑 접속될 수 있어?
Taelee : 그건 CPU 내부 처리속도와 외부 처리속도랑 차이가 있기 때문이야. 그래서 직접 연결하지 않고 간접적으로 버퍼 레지스터인 MDR, MAR를 통해 시스템 버스와 접속해.
Jehong : 아항 어라 근데 또 보니까 Address Bus는 Data Bus와 다르게 단방향이네? 왜지?
Taelee : Address Bus가 단방향인 이유는 CPU로부터 메모리에게 주소값을 전송하지만, 반대로의 전송은 필요가 없기 때문이야
📄 답지
0번
다음은 기억장치에 저장된 명령어들을 실행함으로써 프로그램을 수행시키는 CPU의 동작과정이다.
순서에 맞게 나열해주세요.
가. 데이터 인출
나. 데이터 저장
다. 명령어 인출
라 데이터 처리
마 명령어 해독
다와 마는 공통적으로 수행되지만 가, 나, 라는 필요한 경우에만 수행한다.
명령어인출과 해독은 공통적이지만 데이터 인출, 처리, 저장단계는 데이터가 필요한 경우에만 수행되기 때문(명령어 실행을 위한 데이터가 필요없는 경우도 있기 때문에.)
1번
CPU는 ALU,레지스터 셋,제어유닛 으로 구성된다.
- ALU : CPU 내부에서 산술 및 논리 연산을 수행하는 하드웨어 모듈
- 레지스터 셋: CPU 내부의 다양한 레지스터들의 집합.
- CPU내부에서 처리되기 때문에 액세스 속도가 컴퓨터 기억장치들 중에서 가장 빠름
- CPU내의 한정된 영역에 넣어야 하기 때문에 제한적임
- 제어유닛 : 명령어의 연산코드(Op-code)를 해석하고 그것을 실행하기 위한 제어 신호들을 순차적으로 발생시키는 하드웨어 모듈
- 명령어 실행에 필요한 각 정보들의 전송 통로 방향을 지정
- CPU 내부 요소들과 시스템 구성 요소들의 동작시간도 결정해줌
2번
보기를 보고 알맞은 답을 채워주세요
가장 느리고, 가장 빠르고, 범용 레지스터, 특수기능 레지스터, 제어유닛, STORE, JUMP, IR, AR, VR, XR, MR MAR, MDR, MRI, PC, UCC, KCC, AC, SP, HP,
CPU내부의 다양한 레지스터들의 집합인 레지스터 세트는 액세스 속도가 기억장치들 중 1) 가장 빠르고,
종류로는 크게 2) 특수기능 레지스터와 3) 범용 레지스터가 있다.
2)특수기능 레지스터에는 4) PC,IR,AC,SP,MAR,MDR으로 이루어져있다
3번
다음은 CPU 내부 구조에 대한 대화입니다.
대화내용을 읽고 틀리게 말한 사람을 고르세요
Kukim : 왼쪽 네모그림 안에있는 구성요소들이 CPU의 내부 요소야 바로 ALU, 레지스터 셋, 제어유닛이 포함되어있지.
Daelee : 아 그렇구나 PC위에 있는 +는 뭐야?
Yeosong : 그건 내가 얘기해줄게, PC는 이전에 인출했던 명령어 주소값을 가진 레지스터인데 명령어가 인출된 이후에 자동적으로 주소값이 1씩 증가되어서 가장 최근에 수행된 명령어 주소값을 가리키게 돼
Jakang : 아하 그렇구나 어 보니까 CPU Internal Bus는 CPU 내부에서만 사용하고 외부랑 직접적으로 연결이 되어있지 않네? 왜 그렇지? 그러면 어떻게 외부랑 접속될 수 있어?
Taelee : 그건 CPU 내부 처리속도와 외부 처리속도랑 차이가 있기 때문이야. 그래서 직접 연결하지 않고 간접적으로 버퍼 레지스터인 MDR, MAR를 통해 시스템 버스와 접속해.
Jehong : 아항 어라 근데 또 보니까 Address Bus는 Data Bus와 다르게 단방향이네? 왜지?
Taelee : Address Bus가 단방향인 이유는 CPU로부터 메모리에게 주소값을 전송하지만, 반대로의 전송은 필요가 없기 때문이야
Yeosong: 이전이 아니라 다음에 인출할 명령어 주소값을 가진 레지스터임, 명령어 인출 후에는 1씩증가되는게 아니라 컴퓨터가 한번에 처리할 수 있는 크기, 즉 워드 크기만큼 증가한다.
- 보기에 있는 연산과 연산에 대한 설명을 알맞게 짝지어 보세요.
(가) 산술 연산 (나) 프로그램 제어 (다) 데이터 전송 (라) 논리 연산 (마) 입출력 (I/O) - 레지스터와 레지스터 간, 레지스터와 기억장치 간, 기억장치와 기억장치 간에 데이터를 이동시키는 동작
_________ - 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈과 같은 기본적인 산술 연산
_________ - 데이터의 각 비트들 간에 대한 AND, OR, NOT, Exclusive-OR 등과 같은 연산 수행
_________ - CPU와 외부 장치들 간에 데이터 이동을 위한 동작
_________ - 각 명령어의 실행 순서를 변경하는 연산
_________
- 다음 용어에 대해 간단히 설명해 보세요.
- 연산 코드 (오퍼레이션 코드, Operation Code, Op-code)
- 오퍼랜드 (Operand)
- 다음 설명에 대해 맞으면 O, 틀리면 X 하세요.
-
명령어는 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 비트의 수로 처리된다. (O/X)
-
명령어를 구성하는 비트는 용도에 따라 몇 개의 필드 (Field) 로 나눠진다. 이 때 연산 코드 (Op-code)와 오퍼랜드 (Operand) 필드는 하나씩만 사용된다. (O/X)
-
명령어 형식 (instruction format) 은 명령어를 구성하는 필드의 종류&개수&배치 방식, 필드 당 비트 수를 정의한 형식이다. (O/X)
-
3-주소 명령어를 사용하면 프로그램이 길이가 짧아진다. (O/X)
- 16비트 CPU는 한 번에 16비트 단위의 데이터 처리가 가능하고, CPU의 명령어 길이도 16비트입니다. 주어진 명령어 형식을 따른다고 할 때, 빈칸을 알맞게 채워보세요.
-
1-주소 명령어 (1-address instruction)에서 연산 코드는 4비트, 오퍼랜드는 12비트다.
연산 종류는___가지다. -
2-주소 명령어에서 연산 코드는 4비트, 오퍼랜드1은 4비트, 오퍼랜드2는 8비트다. 오퍼랜드1만 레지스터다.
연산의 종류는 (1)___가지,
레지스터의 개수는 (2)___개,
기억장치 주소 영역의 범위는 (3)___~___-1,
데이터의 표현 범위는 (4)___~___-1다.
📄 답지
- 보기에 있는 연산과 연산에 대한 설명을 알맞게 짝지어 보세요.
(가) 산술 연산 (나) 프로그램 제어 (다) 데이터 전송 (라) 논리 연산 (마) 입출력 (I/O) - 레지스터와 레지스터 간, 레지스터와 기억장치 간, 기억장치와 기억장치 간에 데이터를 이동시키는 동작 ((다) 데이터 전송)
- 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈과 같은 기본적인 산술 연산 ((가) 산술 연산)
- 데이터의 각 비트들 간에 대한 AND, OR, NOT, Exclusive-OR 등과 같은 연산 수행 ((라) 논리 연산)
- CPU와 외부 장치들 간에 데이터 이동을 위한 동작 ((마) 입출력 (I/O))
- 각 명령어의 실행 순서를 변경하는 연산 ((나) 프로그램 제어)
- 다음 용어에 대해 간단히 설명해 보세요.
-
연산 코드 (오퍼레이션 코드, Operation Code, Op-code)
-
오퍼랜드 (Operand)
연산 코드 : CPU에서 수행될 연산을 지정해준다 (e.g. LOAD, ADD, JUMP ...) 오퍼랜드 : 연산을 수행하는 데 필요한 데이터 혹은 주소를 나타낸다.
- 다음 설명에 대해 맞으면 O, 틀리면 X 하세요.
-
명령어는 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 비트의 수로 처리된다. (O/X)
(O) → Word 라고 하는데, 크기는 컴퓨터 종류마다 달라서 정해져 있지 않다.
-
명령어를 구성하는 비트는 용도에 따라 몇 개의 필드 (Field) 로 나눠진다. 이 때 연산 코드 (Op-code)와 오퍼랜드 (Operand) 필드는 하나씩만 사용된다. (O/X)
(X) → 오퍼랜드 (Operand)는 컴퓨터의 처리 능력에 따라 여러 개로 구성된다. 각 연산은 1~2개의 입력 오퍼랜드들과 1개의 결과 오퍼랜드를 가질 수 있다. 데이터는 CPU 레지스터나 기억장치에 위치한다.
-
명령어 형식 (instruction format) 은 명령어를 구성하는 필드의 종류&개수&배치 방식, 필드 당 비트 수를 정의한 형식이다. (O/X)
(O)
-
3-주소 명령어를 사용하면 프로그램의 길이가 짧아진다. (O/X)
(O) → 레지스터의 수와 기억장치 용량이 고정된 상태에서 3-주소 명령어 형식을 사용하면 명령어의 비트 수가 늘어나게 된다. 결과적으로 프로그램을 저장하기 위한 기억장치 용량을 크게 줄어들지 않으며, 명령어 해독 과정이 더 복잡해지는 단점도 있다.
- 16비트 CPU는 한 번에 16비트 단위의 데이터 처리가 가능하고, CPU의 명령어 길이도 16비트입니다. 주어진 명령어 형식을 따른다고 할 때, 빈칸을 알맞게 채워보세요.
-
1-주소 명령어 (1-address instruction)에서 연산 코드는 4비트, 오퍼랜드는 12비트다.
연산 종류는___가지다.4비트니까 24 =
16가지다. -
2-주소 명령어에서 연산 코드는 4비트, 오퍼랜드1은 4비트, 오퍼랜드2는 8비트다. 오퍼랜드1만 레지스터다.
연산의 종류는 (1)___가지,
레지스터의 개수는 (2)___개,
기억장치 주소 영역의 범위는 (3)___~___-1,
데이터의 표현 범위는 (4)___~___-1다.2-주소 명령어에서 연산 코드는 4비트, 오퍼랜드1은 4비트, 오퍼랜드2는 8비트다. 오퍼랜드1만 레지스터다. 연산의 종류는 (1) 24 =
16가지,
레지스터의 개수는 (2) 24 =16개,
기억장치 주소 영역의 범위는 (3)0~ ( 28 - 1),
데이터의 표현 범위는 (4) - 27 ~ ( 27 - 1) 다.
3-주소 명령어의 장점에 해당하는 것은?
- 가. 명령어 길이가 짧다.
- 나. 프로그램 길이가 짧아진다.
- 다. 임시저장장소가필요하다.
- 라. 주소지정 할수 있는 기억장치 주소 영역이 증가한다
간접 주소지정 방식을 사용하는 명령어는 실행 사이클 동안에 기억장치를 몇 번액세스하는가?
- 가.한번
- 나. 두번
- 다. 세번
- 라. 액세스하지 않는다.
아래 그림은 CPU 내부 레지스터들과 주기억장치에 그림과 같은 값들이 저장되어 있다고 가정하자.
CPU 레지스터 및 각 기억 장소의 폭(width)은 16비트이며， 그림에서 모든 값들은 편의상 10진수로 표시하였다.
아래의 문제에 답하시오.
-
직접 주소지정 방식을 사용하는 명령어의 주소 필드(A)에 저장된 내용이 150일때， 유효 주소(EA) 및 그에 의해 인출되는 데이터를 구하라.
-
명렁어 길이가 16비트이고 연산 코드가 5비트라면， 이 명령어에 의해 직접 주소지정 될 수 있는 기억장치 용량은 얼마인가?
- 간접 주소지정 방식을 사용하는 명령어의 주소 필드μ)에 저장된 내용이 ‘172’라고 가정했을 때， 유효 주소(EA) 및 그에 의해 인출되는 데이터를 구하라
- 조건 : 레지스터 R은 R2이다.
- 레지스터 주소지정 방식이 사용된다면， 연산 처리 과정에서 어떤 데이터가 사용될 것인가?
- 레지스터 간접 주소지정 방식이 사용된다면， 어떤 데이터가 사용될 것인가?
📄 답지
3-주소 명령어의 장점에 해당하는 것은?
- 가. 명령어 길이가 짧다.
- 나. 프로그램 길이가 짧아진다.
- 다. 임시저장장소가필요하다.
- 라. 주소지정 할수 있는 기억장치 주소 영역이 증가한다
간접 주소지정 방식을 사용하는 명령어는 실행 사이클 동안에 기억장치를 몇 번액세스하는가?
- 가.한번
- 나. 두번
- 다. 세번
- 라. 액세스하지 않는다.
- 해설 : 간접 주소지정 방식은 오퍼랜드가 가르키고있는 메모리주소로 접근하고 , 접근한 메모리 주소의 값이 메모리이기에 그 주소로 다시 접근한다.
아래 그림은 CPU 내부 레지스터들과 주기억장치에 그림과 같은 값들이 저장되어 있다고 가정하자. 여기서， CPU 레지스터 및 각 기억 장소의 폭(width)은 16비트이며， 그림에서 모든 값들은 편의상 10진수로 표시하였다.
- 직접 주소지정 방식을 사용하는 명령어의 주소 필드(A)에 저장된 내용이 150일때， 유효 주소(EA) 및 그에 의해 인출되는 데이터를 구하라.
- 정답 : '1234'
- 해설 : EA = 150이므로， 기억장치 150번지에 저장된 데이터 ‘1234'가 인출된다.
- 명렁어 길이가 16비트이고 연산 코드가 5비트라면， 이 명령어에 의해 직접 주소지정 될 수 있는 기억장치 용량은 얼마인가?
- 정답 : 4096Byte = 2^11 * 2byte
- 해설 : 주소 필드가 11비트이므로， 직접 주소지정 할 수 있는 기억장치 용량은 2^11 = 2048 단어가 된다. 그런데 각 기억 장소에 저장되는 데이터의 비트 수가 16비트 (2바이트)이므로， 기억장치 용량은 4096바이트로 표현할 수도 있다.
- 간접 주소지정 방식을 사용하는 명령어의 주소 필드μ)에 저장된 내용이 ‘172’라고 가정했을 때， 유효 주소(EA) 및 그에 의해 인출되는 데이터를 구하라
- 정답 : 3256
- 해설 : EA는 그림 2-24의 기억장치 172번지에 저장되어 있는 ‘202’이다. 따라서 명령어 실행에 사용될 데이터로는 기억장치 202번지에 저장되어 있는‘3256’이 인출된다.
- 레지스터 R은 R2라고 가정한다.
- 레지스터 주소지정 방식이 사용된다면， 연산 처리 과정에서 어떤 데이터가 사용될 것인가?
- 정답 : R2에 저장되어 있는 데이터 ‘151’이 사용된다.
- 레지스터 간접 주소지정 방식이 사용된다면， 어떤 데이터가 사용될 것인가?
- 정답 : 기억장치 151번지에 저장되어 있는 데이터 ‘5678’이 사용된다.
- 가. 대부분 명령어들의 길이가 동일하다.
- 나. 주소지정 방식이 매우 다양한다.
- 다. CPU가 수행할 수 있는 연산의 종류가 적다.
- 라. 명령어의 수가 최소화 되었다.
- 문제2-1 다음 중 틀린 말을 한 사람이 있을까요? 있다면 누구일까요? (정답자 1등 +100점)
- 참고용어
- CISC[씨스크] : Complex Instruction Set Computer
- RISC[리스크] Reduced Instruction Set Computer
- ARM[암] Acorn RISC Machine / Advanced RISC Machine
- 로제타 : 인텔 칩에서 실행되게끔 만들어진 기존 애플리케이션이 실행하기 위해 개발된 프로그램/에뮬레이터
- 참고용어
- 문제2-2 결국 secho는 맥북을 사기로 결정했을까요? (정답자 전원 +100점)
secho: 저 새로나온 맥북을 살까 고민 중이에요 🤔
taelee: ARM 프로세서 탑재해서 나온거 말씀하시는거죠? '애플실리콘 M1' 이게 자체설계 ARM 프로세서래요.
gaekim: 오! 저도 출시기사 보고 검색해봤는데 'ARM'에 'R'이 저희 컴퓨터구조 스터디에 나온 RISC를 의미하는 거더라고요.🙄
jakang: 애플의 행보를 보면 RISC가 확실히 대세인가봐요. 회로 복잡도 증가 및 성능 한계를 극복하는 방법으로 명령어 수를 최소화하는 트렌드에 맞는거 같아요.
kycho: 사실 이전에는 이것저것 처리할 수 있는 CISC가 인기였어요. 😏
daelee: 맞아요. 1970~80년대에는 더 적은 트랜지스터로 더 복잡한 명령어도 빨리 소화할 수 있다는 점이 마케팅 포인트였대요. RISC에서 지루하게 명령어 4줄을 쳐야한다면 CISC에서는 단 1줄로 칠 수 있다! 이런식으로요.
jehong: 인텔, AMD는 CISC 방식을, IBM은 RISC 방식을 따랐고 ARM사는 거의 아키텍처 개발만 했대요. 우리 중 아무도 태어나지 않았을 1978년 출시한 인텔 8086가 시작이었고, 대현님이 아장아장 걸어다니셨을 1999년에 경쟁사인 AMD에서 발표한 AMD64가 사실상 x86의 표준이 되었다고 해요.🧐
mihykim: x86이라고 하시면 인텔에서 개발한 86비트 아키텍쳐를 말씀하시는거죠? 2000년대까지 승자는 CISC라 수 있겠지만, 보안·발열이슈로 앞으로 어떻게 될지는 지켜봐야할 것 같아요.
sancho: 음, 제가 보기엔 맥북 특히 맥북프로를 사기에는 적합하지 않은 타이밍 같아요. 마이크로소프트의 서피스 프로, 삼성의 갤럭시북 등의 제품들도 ARM으로 플랫폼을 전환하려고 했었는데 하나 같이 애플리케이션 호환성이 좋지 못하다는 이유로 히트를 치지 못했어요. 😅
kukim: 제 생각도 그래요. 대부분의 애플리케이션이 x86 아키텍처를 기반으로 하고 있는 상황이고, 일부 x86 기반 프로그램들은 로제타2를 거쳐서 성능 손실이 날 수 있다고도 해요.
yeha: 앗 그렇군요. 하지만, 그래도 애플 생태계에 있는 어플리케이션만 주로 사용한다면 괜찮을 것 같기도 해요.🤗
yeosong: 저도 공감해요. 게다가 전력소모가 상당히 적다는 강력한 장점이 있는 걸요. 맥북의 고전적인 발열 문제도 없다고 반응이 좋아요.
hylee: (스읍-) 애플은 앞으로도 ARM을 고수할 것 같네요. 시장반응도 나쁘지 않고 자체설계 ARM 프로세서는 애플이 필요한대로 칩을 고칠 수 있는데 따로 로열티를 내지 않아도 되니 얼마나 좋겠어요.😎
secho: 흠.. 여러모로 고민이 되는군요... 하루만 더 생각해보고 마음을 정해야겠어요! 모두 같이 고민해주셔서 감사합니다!
📄 답지
- 나. 주소지정 방식이 매우 다양한다. > 다양하지 않다!
- 문제2-1 다음 중 틀린 말을 한 사람은 누구일까요? (1등 +100점)
- mihykim : x86은 32비트. 인텔에서 1978년에 개발한 인텔 8086에 적용된 아키텍쳐이자, 그 호환 프로세서 또는 후속작을 이르는 말
- 문제2-2 결국 secho는 맥북을 사기로 결정했을까요? (정답자 전원 +100점)
- 정답은 secho님께..