CPU는 메모리에서 명령어를 하나 가져오고(인출), 무슨 일을 할지 해석하고(해석), 그 일을 실행하는 과정을 끝없이 반복합니다. 레지스터 사이로 값이 어떻게 오가는지 한 단계씩 따라가 보세요.
간단한 CPU가 명령어를 인출, 해석, 실행하는 과정을 레지스터와 메모리로 보여 주는 시뮬레이터
1. 실행할 프로그램을 고르세요
2. 한 단계씩 실행하세요
주황색 화살표가 이번 단계에서 값이 이동한 길이고, 주황색 상자가 값이 바뀐 곳입니다. 메모리 옆 ▶ 표시는 PC가 가리키는 다음 명령어 위치입니다.
인출은 모든 명령어가 똑같습니다
PC가 가리키는 주소를 MAR에 옮기고, 메모리가 그 주소의 내용을 MDR에 실어 보내면, 그것을 IR에 넣고 PC를 1 늘립니다. 어떤 명령어든 이 세 단계는 같습니다. 실행 단계만 명령어마다 다르고, 점프 명령어는 실행 단계에서 PC를 새 주소로 덮어써서 다음에 인출할 위치를 바꿉니다. 반복문이 바로 이 원리로 동작합니다.
메모리 접근이 느린 이유
명령어 하나를 처리하는 데 메모리를 최소 한 번(인출), 많게는 두 번(LOAD, ADD, STORE의 실행) 읽고 씁니다. CPU 안의 레지스터는 1클럭이면 읽지만 메인 메모리는 수십~수백 클럭이 걸립니다. 그래서 CPU와 메모리 사이에 캐시를 두고, 여러 명령어를 겹쳐 처리하는 파이프라인을 씁니다.
이 CPU의 명령어
LOAD a ACC ← M[a], ADD a ACC ← ACC + M[a], SUB a ACC ← ACC − M[a], STORE a M[a] ← ACC, JZ a ACC가 0이면 PC ← a, JMP a PC ← a, HALT 정지. 계산 결과를 ACC 하나에 모으는 이런 구조를 누산기 구조라고 합니다. 실제 CPU는 범용 레지스터를 수십 개 둡니다.