[ 정보처리기사 - 필기 요점 ] 2. 전자계산기 구조

■ 논리게이트

  ) -->   

AND

입력신호가 모두 1일 때 1 출력

A B Y 

0 0 0 

0 1 0 

1 0 0 

1 1 1

Y = A*B

  ) -->   

OR

입력신호 중 1개 만 1이어도 1 출력

A B Y

0 0 0

0 1 1 

1 0 1 

1 1 1

Y = A + B

  ) -->   

NOT

입력된 정보를 반대로 변환하여 출력

A Y 

0 1 

1 0

Y = ~A

  ) -->   

BUFFER

입력된 정보 를 그대로 출 력

A Y 

0 0

1 1

Y = A

  ) -->   

NAND

NOT + AND, 즉 AND의 부정

A B Y 

0 0 1 

0 1 1 

1 0 1 

1 1 0

 Y = ~(A * B)

  ) -->   

NOR

NOT + OR, 즉 OR의 부 정

A B Y 

0 0 1 

0 1 0 

1 0 0 

1 1 0

 Y = ~(A+B)

  ) -->   

XOR

입력되는 값 이 모두 같은 면 0, 한개라 도 틀리면 1 출력

A B Y 

0 0 0 

0 1 1 

1 0 1 

1 1 0

Y=A⊕B 

  ) -->   

  ) -->   

XNOR

NOT + XOR, 즉 XOR의 부 정

A B Y 

0 0 1 

0 1 0 

1 0 0 

1 1 1

Y=A◉B

  ) -->   

■ 디지털논리회로

 - 디지털논리회로를 평가하는 매개변수 (fan-out, power disiipation, propagation delay, noise margin)

 - 불 대수는 2진 변수와 논리적인 동작을 취급하는 대수이다

  ) -->   

■ 조합회로 

 - 반가산기 : 2진수 한자리 덧셈회로 1개의 XOR게이트와 1개의 게이트사용

  ) -->   

 

 - 전가산기 : 반가산기 2개와 한 개의 OR게이트로 구성 

 - 디코더: n개의 신호를 입력받아 2ⁿ개의 출력신호를 얻어내는 회로 

 - 멀티플렉서 : 2ⁿ개의 입력 중에 선택입력 n개를 이용하여 하나의 정보를 출력 

 - 인코더 : 2ⁿ개의 입력 값에 대해서 n개의 2진코드를 출력 

 - 디멀티플렉서 : 한 개의 선으로 정보를 받아들여 2ⁿ개의 출력 가능한 선중에서 하나를 선택

  ) -->   

■ 순차회로 출력은 메모리 요소들의 상태와 입력들이 함수로소, 메모리 장치 요소들의 상태는 그전의 입력에 좌우된다. 순차회로의 대표적인 종류로는 플립플롭, 레지스터, 카운터등이 있다

  ) -->   

■ 명령어의 구성 

 - 연산자(OP CODE): 명령들을 정의한 비트들의 집합 

 - 주소부분(ADRESS FIELD): 데이터가 저장된 주소 

 - 모드필드(MODE FIELD): 직접 간접 주소지정

  ) -->   

■ 연산자의 구성 

 - 함수연산기능: CPU에서의 산술연산, 논리연산 기능 

 - 전달기능 : 주기억 장치와 CPU간의 정보교환 

 - 제어기능 : 제어장치에 의해 수행, 프로그래머가 프로그램의 수행 흐름을 제어. 입출력 기능

  ) -->   

■ 명령어의 형식 

 - 스택구조: 0-주소(번지) 명령형식 

 - 단일누산기구조: 1-주소 명령형식 - OPERAND부 1 ․범용레지스터 구조 : 2-주소 명령형식(OPERAND부 2, 원시자료 파괴) 3-주소 명령형식(OPERAND부 3, 원시자료 남음)

  ) -->   

■ 주소지정방식 

 - 즉시주소 지정방식(immediate addressing mode)

 - 직접주소 지정방식(Direct addressing mode) 

 - 간접주소 지정방식(indirect addressing mode) 

 - 계산에 의한 주소 지정방식(상태주소, 인덱스 주소, 베이스 레지스터 주소 지정방식)

  ) -->   

■ 컴퓨터 내부에서 데이터를 표현하는 방법

팩 형식

10진수

존형식

부호의 절대 값

정수 1의 보수

데이터 표현

2진수 2의 보수

실수 64바이어스

BCD

문자 EBCDIC

ASCII

  ) -->   

■ 레지스터 

 - 2진정보를 저장하는 능력을 갖는 플립플롭으로 구성 

 - 레지스터 간의 데이터 전송방식 : 직렬전송, 병렬전송, 버스전 송, 메모리 전송 

 - 시프트 레지스터 : 저장된 2진 정보를 left shift, right shift시킬 수 있는 레지스터 

 - 카운터 : 입력 펄스에 따라서 레지스터의 상태가 미리 정해진 순서대로 작동되는 레지스터

  ) -->   

■ ALU 

 - 중앙처리장치내의 산술(Arithmetic)장치와 논리(logic) 연산장치로 구성 

 - 산술 장치의 마이크로 연산: 병렬가사닉를 기본으로 작업수행 

 - 논리 마이크로 연산 : AND, OR, XOR, NOT을 기본으로 작업수행 

  ) -->   

■ 마이크로사이클 

 - 동기 고정식((Synchronous fixed): 마이크로오퍼레이션중 가장 긴시간 사용 

 - 동기 가변식((Synchronous variable): 마이크로오퍼레이션 수행시간이 유사한 것끼리 모아 각 집합에 대해 서로다른 마이크로사이클 타임을 정의, 마이크로 오퍼레이션 시간의 차이가 클 때 유리 

 - 비동기식(Asychronous): 모든 마이크로오퍼레이션에 대해 서로 다른 사이클 을 정의하며, 제어기 구현이 어려우나 CPU 시간 낭비는 없다

  ) -->   

■ 메이저 스테이트와 각 사이클 변환과정

 - 직접, 간접주소에 의한 명령 인터럽트 발생

   

■ 기억장치 계정 

 - 시스템은 저속이면서 대용량일수록 비트 당 가격이 저가, 고속이 면서 소용량 일수록 비트당 가격이 고가 

 - CPU 연관 기억장치, 캐시 메모리, 주기억장치, 보조기억장치, 입출력장치 순으로 속도가 느려지며, 대용량이 됨

  ) -->   

■ 반도체 기억장치 

 - RAM : 희발성, 판독/기록 가능, 종류(SRAM과 DRAM) 

 - ROM : 비희발성, 판독만 가능

 - 종류 

1) mask ROM (공장출하 시 내용 고정) 

2) PROM (사용자가 1회만 수정) 

3) EPROM (여러 번 전기적 또는 자외선을 사용하며 수정하며, 자외선으로 데이터를 지울 수 있는 것을 UV-EPROM, 전기적으로 지우는 것은 EEPROM)

4) EAROM (전기적으로 저장된 데이터를 모두 지우지 않고 선택적 변경)

  ) -->   

■ 캐시 기억 장치와 연관 기억장치 

 - 캐시 주기억 장치와 CPU 사이의 고속 반도체 기억 장치 

 - 캐시의 적중률(HIT Ratio) : 캐시를 가진 컴퓨터의 성능을 나타 내는 척도 

 - 캐시의 사상 처리(mapping process): 연관(associative) 사상, 직 접(direct) 사상, 집합 연관(set-associative) 사상

  ) -->   

■ 입출력 장치 지정방식 

 1) 격리형(isolate) 입출력  - 전체 기억공간을 사용한다  - 입출력 인터페이스 번지와 기억장치번지의 구별  - 기억장치 명령과 입출력 명령을 구별하여 사용한다  - 기억 장치의 이용 효율이 높다  - 하드웨어가 복잡하다 

 2) 메모리 맵형(Memory Mapped) 입출력  - 기억 장치의 일부 공간을 입출력 포트에 할당한다 - 기억 장치와 입출력 번지 사이의 구별이 없다 - 기억 장치 명령으로 사용가능(별도의 입출력 명령이 필요 없음) - 기억 장치 이용효율이 낮다 - 하드웨어가 간단하다

  ) -->   

■ 인터럽트 

 - 종류 : 외부, 내부, 프로그램 인터럽트 

 - 인터럽트의 동작원리

프로그램 실행

프로그램 중단

인터럽트 처리

인터럽트 서비스 루틴

프로그램이 중단된 곳에서부터 재실행

인터럽트 요청신호

현프로 그램 실태보관

서비스 루틴 결정

상태 복구

  ) -->   

■ 우선순위 인터럽트 

 1) 폴링(Polling)  - SW적인 우선순위 결정  - 많은 인터럽트가 있을 때 많은 시간이 소용된다  - 여러장치에 대헤 인터럽트의 요구를 점검한다  - 응답속도가 느리다  - 우선순위 변경이 간단하다 

2) 데이지 체인(Daisy Chain)  - HW적인 우선순위 결정 - 모든 장치들을 직렬로 연결한다  - 직렬 연결되어 CPU와 전기적으로 가까운 장치가 우선순위를 갖는다 - 응답속도가 빠르다 - 우선순위 변경이 어렵다

  ) -->   

■ 병렬 처리 

 - 폰노이만 형식의 컴퓨터가 갖는 문제점을 개선하고 보다 많은 데이터의 처리와 고속 처리를 위해 발전된 개념 

 - Flynn의 분류: 명령의 흐름과 DATA 처리 흐름에 따라 4가지 유형으로 컴퓨터 분류         - SISD(Single Instruction stream, Single Data stream)  

   - SIMD(Single Instruction stream, Multiple Data stream) 

   - MISD(Multiple Instruction stream, single Data stream)

   - MIMD(Multiple Instruction stream, Multiple Data stream)

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■ 배열 프로세서와 벡터 처리 비교 

 1) 배열 프로세서 

 - 범용의 PE가 여러 개 있고, 각 PE는 산술/논리 장치로 구성되어 있다

 - 프로세서-메모리 인터페이스는 단일 데이터 대열(stream)만이 존재한다 

 2) 벡터 프로세서     

- 프로세서 내부는 산술/논리 장치를 총괄하며, 동시에 실행 가 능하고 구분 가능한 특성화된 기능 장치 다수 개가 있다  

- 각 기능 장치의 파이프 라인화에 의해 이루어진다.