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IT 기술의 핵심, CPU 동작원리 이해하기!

IT 기술은 인터넷이 시장에서 활용되기 시작한 1950년대부터 점차 주목받고 있으며, 그 기술을 떠받치는 두뇌의 중심에는 CPU(중앙 연산 처리 장치)라 불리는 반도체 부품이 있다. CPU는 21세기로 접어들면서 회로 설계 기술과 제조 기술의 비약적인 진보에 의해 고속화·소형화가 실현되어 실생활의 가전제품에도 폭넓게 쓰이고 있다. 예를 들어 일상적으로 보급되어 있는 PC, 스마트폰, 태블릿 단말기는 말할 것도 없고 에어컨, 냉장고, 세탁기 등의 백색가전에도 이용되고 있다.
이 책에서는 PC 등에 쓰이는 CPU의 고도 기능과 최근 들어 활발하게 연구되고 있는 컴퓨터 아키텍처에 관한 부분은 다루지 않지만, CPU의 근간이 되는 기본 개념과 동작원리를 설명하여 CPU란 어떤 것인지, 프로그램이 어떤 절차로 실행되는지를 연상하는 데 도움이 될 수 있을 것이다.

◎ CPU 개념을 이해하기 쉽게 체계적으로 설명
만화를 이용한 재미있는 스토리로 기본 개념에 대해 설명하여 CPU를 잘 모르는 초보자도 쉽게 개념을 정리할 수 있다.

◎ CPU의 기본이 되는 명령과 계산방법을 이해하기 쉽게 구성
CPU의 기본 구조와 연산하는 방법, 기본 언어 등을 설명하고 CPU의 동작이 어떻게 진행되는지를 이해하기 쉽게 설명했다.

제1장 CPU는 무슨 일을 하는가?

모든 정보를 컴퓨터로 처리할 수 있다
컴퓨터의 중심은 CPU(중앙 연산 처리 장치)
컴퓨터의 5대 장치란?
CPU의 중심은 ALU(산술 논리 장치)
CPU는 연산과 판단을 한다

[Follow Up]
‘정보’란 무엇인가?
디지털 정보와 아날로그 정보의 차이점은?

제2장 디지털 연산

1. 컴퓨터의 세계는 2진수
‘0과 1’은 상반하는 2가지 상태
10진수와 2진수
2진수에 의한 숫자 표현
고정 소수점과 부동 소수점
2진수에 의한 덧셈과 뺄셈

2. 논리 연산이 뭐지?
IC에는 논리 회로가 들어 있다
3가지 기본 회로(AND, OR, NOT)
진리값 표, 벤다이어그램
AND 회로, OR 회로, NOT 회로 정리
그 밖의 기본적인 회로(NAND, NOR, EXOR)
NAND 회로, NOR 회로, EXOR 회로 정리
드모르간의 정리

3. 연산하는 회로
덧셈을 하는 회로
반가산기
전가산기, 순차 자리 올림 가산기
순차 자리 올림 가산기와 자리 올림 선견 가산기

4. 기억하는 회로
기억하는 회로는 필요하다!
기억 회로의 기본은 플립플롭
RS 플립플롭
D 플립플롭, 클록
T 플립플롭, 카운터

[Follow Up]
최근의 회로 설계(CAD, FPGA)

제3장 CPU의 구조

1. 메모리와 CPU의 이모저모
메모리는 어드레스가 할당되어 있다
버스는 데이터의 통로
버스 폭과 비트 수
R/W 제어, I/O 제어
명령은 오퍼랜드와 명령 코드로 구성된다
연산에는 어큐뮬레이터 등의 레지스터를 이용한다

2. CPU의 명령 처리 동작
고전적 CPU의 구조
CPU의 명령 처리 동작
프로그램 카운터에 의해 처리하는 명령을 바꿀 수 있다

3. 여러 가지 기억 장치
하드디스크와 메모리 비교
RAM 영역, ROM 영역, I/O 영역

4. 인터럽트란 무엇인가?
인터럽트는 유용한 기능
스택과 스택 포인터
인터럽트의 우선도

[Follow Up]
메모리의 분류
I/O 포트, GPU
클록 주파수, 정확도
클록 제너레이터
타이머 인터럽트
리셋 동작
CPU의 능력을 결정하는 것(FLOPS값)

제4장 연산 명령

1. 명령의 종류
명령에는 여러 가지 종류가 있다
산술 연산, 논리 연산 명령
시프트란?
음수를 나타내는 데 필요한 부호 비트
논리 시프트와 산술 시프트
서큘러 시프트(로테이트 시프트)
데이터 전송 명령
입출력 명령
분기 명령
브랜치 명령, 점프 명령, 스킵 명령
조건 판단과 스테이터스 플래그
‘분기 명령’과 ‘조건 판단’을 조합한다

2. 오퍼랜드의 종류
오퍼랜드의 수는?
오퍼랜드에는 다양한 형식이 있다
즉치 처리
어드레스 참조
어드레싱 모드란?

3. ALU에서의 연산 구조
ALU의 내용을 살펴보자

[Follow Up]
시리얼 전송과 패럴렐 전송
기본적인 레지스터 정리
기본적인 스테이터스 플래그 정리
슬립 명령

제5장 프로그램

1. 어셈블러 언어와 고급 언어
어셈블러 언어란?
어셈블러 언어와 고급 언어의 특징
프로그램과 소스 코드의 차이점

2. 프로그램의 기본
조건 판단과 점프에 의해 무엇이 가능한가?
컴퓨터에 어떤 일을 시키고 싶은가?

[Follow Up]
프로그램은 어디에 들어 있을까?
프로그램이 실행되기까지의 흐름

제6장 마이컨

1. 마이컨이란 무엇일까?
마이컨은 다양한 제품에 들어 있다
마이컨의 기능
마이컨의 구조
DSP란?

[Follow Up]
DSP와 적화 연산
산업 기기에 응용하다

에필로그
맺는 말 [최근 CPU의 경향]
참고 문헌
색인