본문내용
1. 서론
본 글에서는 컴퓨터 구조론의 핵심 개념 중 하나인 명령어의 실행 4단계를 분석하고자 한다. 특히, 명령어 인출, 명령어 해독, 데이터 인출, 명령어 실행의 각 단계가 어떠한 방식으로 작동하는지에 대해 정리하고자 한다. 추가적으로, 메모리 관리에서 중요한 내용인 논리 주소와 물리 주소의 개념과 차이에 대해서도 설명할 예정이다. 이를 통해, 컴퓨터 시스템의 기본 동작 원리와 메모리 관리 체계에 대한 개념을 정립하고자 한다.
2. 명령어(Instruction)의 이해
2.1. 명령어의 정의
명령어(instruction)란 컴퓨터가 직접 실행할 수 있는 프로그램의 최소 단위를 의미한다. 명령어는 프로세서가 외부적으로 작동하는 '판독'과 '기록' 사이클, 기억장치에서 읽은 프로그램 명령어를 '실행시키는 4단계'로 구분해서 이해할 수 있다. 즉, 명령어는 컴퓨터가 인간의 언어를 이해하고 과업을 수행할 수 있도록 하는 체계이며 컴퓨터의 언어를 의미한다. 프로그래밍, 코딩 등의 기초적인 디지털 역량에서 명령어는 프로그램의 최소 단위가 되는 동작을 나타내는 단어라고 볼 수 있다. 따라서 명령어는 프로그래밍에 사용되는 언어에서 핵심적인 개념이라고 할 수 있다.
2.2. 프로세서의 작동 원리
2.2.1. 판독 사이클
판독 사이클은 프로세서가 외부적으로 작동하는 과정으로, 요구 신호 전달, 주소 전송, 데이터 전송, 그리고 판독 완료 신호 등 네 단계로 이루어진다.
첫째, 판독 요구 신호 단계에서는 내부 메모리에 대한 요청 신호가 전달된다. 둘째, 주소 전송 단계에서는 메모리의 주소값이 주소 버스를 통해 이동된다. 셋째, 데이터 전송 단계에서는 해당 주소값의 데이터가 데이터 버스를 통해 CPU에게 전달된다. 마지막으로 판독 완료 신호가 전달되면 해당 과정이 완료된다.
이처럼 판독 사이클은 프로세서가 메모리로부터 명령어나 데이터를 읽어오는 일련의 과정을 의미한다. CPU는 이를 통해 프로그램을 실행하고 데이터를 처리할 수 있게 된다. 따라서 판독 사이클은 프로세서의 기본적인 동작 원리를 이해하는 데 핵심적인 개념이라고 할 수 있다.
2.2.2. 기록 사이클
기록 사이클은 프로세서가 메모리에 데이터를 기록하는 과정이다. 기록 사이클은 다음과 같은 4단계로 이루어진다.
첫째, 기록 요구 신호가 전달된다. CPU는 메모리에 데이터를 기록하기 위해 버스 사용 권한을 요청하는 신호를 전송한다.
둘째, 주소 전송이 이루어진다. CPU는 실행 중인 프로그램의 논리주소를 물리주소로 변환하여 주소 버스를 통해 메모리에 전달한다.
셋째, 데이터 전송 단계가 진행된다. CPU는 기록할 데이터를 데이터 버스를 통해 메모리에 전송한다.
넷째, 기록 완료 신호가 전달되어 기록 사이클을 마무리한다. 메모리는 데이터 기록이 완료되었음을 알리는 신호를 CPU에게 보낸다.
이와 같은 ...
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