CPU 그리고 캐시 메모리

cpu의 퍼포먼스는 다음으로 결정된다.

• 코어 수
• 클럭 속도
• 캐시 메모리
• 프로세서 타입 (따로 글로 빼둠)

코어

cpu는 하나 또는 그 이상의 프로세서를 가질 수가 있다. 

내부 논리 구조는 아래와 같다.

컴퓨터 메모리에 담겨있는 프로그램을 실행하라는 입력이 들어와서 프로그램이 실행되는 순서는

1. 입력 - CU(컨트롤유닛)가 메모리에 프로그램 데이터를 호출
2. 메모리에서 레지스터로 자료가 이동
3. ALU(산술연산장치)에서 프로그램을 계산 또는 해독
4. 출력

CU (Control Unit) 명령 제어장치

입력된 명령어를 해독하여 cpu 내부의 움직임을 총괄하고 각 과정을 통제한다. 주로 데이터를 메모리로부터 ALU로 옮기라는 명령과 그 후 다시 메모리로 옮기는 명령을 내린다.

CU의 명령에 의한 명령 처리 과정

캐시나 파이프라인 등 최신 기술들을 제외시키고 단순하게 cpu의 내부에서 하나의 명령이 실행되는 과정이다.

• 인출 : 메모리에 있는 프로그램 데이터를 cpu로 불러오는 작업이다.
• 해석 : CU에서 불러온 명령어를 해석한다.
• 실행 : CU에서 해석한 명령어를 ALU가 연산한다.
• 쓰기 : 결과 나오고, 변경된 부분을 저장한다면 다시 메모리로 보내어 기록시킨다.

ALU (Arithmetic Logic Unit) 산술 연산 장치

CU로부터 명령을 받아 cpu로 들어온 모든 데이터들을 산술 연산, 논리 연산한다. (산술 연산 : 덧셈과 같은 숫자 계산, 논리 연산 : 대수 비교, 저장 등). ALU에는 연산을 담당하는 가산기, 보수기와 같은 요소들이 있다.

레지스터 (Register)

cpu 내부에 있는 저장 장치로 주 기억 장치인 램보다 빠른 속도로 cpu에 정보를 제공하는 역할을 한다. 레지스터는 용도에 따라 종류가 나뉜다.

• PC (Program Counter) : 메모리에서 인출될 명령어 주소를 가지고 있는 레지스터
• AC (Accumulator) : 누산기, ALU에서 연산된 결과를 임시적으로 저장
• IR (Instruction Register) : 명령어 레지스터, 현재 실행되고 있는 명령어를 기억하고 있다.

각 레지스터들은 래치와 프리플롭과 같은 1비트 저장 소자 n개로 연결되어 있고, 32비트 컴퓨터의 경우 32개가 연결되어 있다.

클럭 속도

cpu의 실행 속도이다. 메가헤르츠(MHz) 또는 기가헤르츠(GHz)로 계산되며, 얼마만큼의 명령어의 사이클을 초당 실행할 수 있는지를 해당된다. BIOS에서 속도 변경이 가능하다, 최대 한계치를 월등히 능가하는건 오버클럭킹(overclocking)이라고 한다.

오버 클럭킹 (overclocking)

장점 : 인코딩 및 렌더링 등 처리 속도를 단축시킨다.

단점 : 급격하게 수명이 짧아지고 온도 또한 상승된다.

캐시 메모리

• 가장 단위가 낮은 메모리이고 CPU에 가장 가까운 메모리다, 임시로 CPU가 재사용할만할 명령어들이랑 데이터들을 들고있다 (스택 메모리 내 데이터). 스택 속도 > 힙 속도 따라서 매니지드 언어 (RAII) 속도 C++ > 언매니지드 언어 (Garbage Collector) 속도 C#
• CPU는 램으로부터 데이터를 수신받기 전에 캐시메모리를 확인한다, 이건 램으로부터 반복적으로 데이터를 수신 요청 하여 과부하가 생기는걸 방지하거나 CPU가 오래 기다리길 방지한다.

캐시 메모리는 크게 세 가지의 레벨로 나뉜다, 레벨 1 (L1), 레벨 2 (L2), 레벨 3(L3)

레벨 1 L1

CPU 칩 내에 내장되있고 세 레벨 중 가작 작고 접근이 빠르다. 크기는 8kb ~ 64kb.

레벨 2 L2 그리고 레벨 3 L3

L1보다 크고 CPU와 램 사이에 제작되있는 추가적인 캐시이다, 때로는 L2가 L1랑 함께 CPU 내에 내장 되있다. L1 보다 느리며 L2와 L3의 크기에 따라 속도에 영향을 끼친다.

프로세서 타입

크게 두 가지 타입이 존재한다. CISC RISC 따로 글로 빼둔다.

 

추가 참고 글:

https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=makeflood&logNo=222413482401&parentCategoryNo=&categoryNo=&viewDate=&isShowPopularPosts=false&from=postView

 

의역 원본글 :

https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zmb9mp3/revision/2

https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zmb9mp3/revision/3