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

‘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

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

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

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?

프로그램은 어디에 들어 있을까?

프로그램이 실행되기까지의 흐름

제6장 마이컨

1. 마이컨이란 무엇일까?

마이컨은 다양한 제품에 들어 있다

마이컨의 기능

마이컨의 구조

DSP란?

DSP와 적화 연산

산업 기기에 응용하다

에필로그

맺는 말 <최근 CPU의 경향>

참고 문헌

색인

■ 저자 

Michio Shibuya(渋谷 道雄)

- 1971년 도카이(東海)대학 공학부 전자공학과 졸업

- 민간 의료 기관의 연구소에서 NMR 등을 연구

- 1979년부터 외자계 반도체 제조사에서 MOS 제품의 기획·개발·설계 등을 12년간 담당

- 이후 반도체 상사, 외자 IC 제조사의 기술부에서 IC의 설계·개발 등에 종사

- 2007년 5월부터 반도체 상사인 (주)산쿄샤(三共社)에서 필드 애플리케이션 엔지니어로서 활동 현재 동사(同社)의 특별 고문

<주요 저서>

『Excel로 배우는 신호 해석과 수치 시뮬레이션』 공저, 『Excel로 배우는 푸리에 변환』 공저, 『만화로 쉽게 배우는 푸리에 해석』, 『만화로 쉽게 배우는 반도체』, 『회로 시뮬레이터 LTspice로 배우는 전자회로』 (이상 옴사)

■ 역자

최수진

이화여대 철학과를 졸업하고 명지대 번역 작가 양성 과정을 수료한 뒤 현재 일본어 번역 프리랜서로 활동 중

<역서>

『인터넷 비즈니스 백서 2000』 (중앙m&b), 『몬스터 퇴치』, 『영웅열전』, 『신검전설II』 (들녘), 『살림 감각을 높여주는 생활의 지혜 888』, 『우리집 수납 정리』, 『만지고 문지르면 병이 사라지는 10분 해독 발 마사지』 (아카데미북&나들목), 『회사에서 바로 통하는 엑셀 비즈니스 데이터 분석』 (한빛미디어), 『부자 멘토와 꼬마 제자』, 『낯가림을 떨쳐버리는 비밀』 (다산북스), 『실행력 : 당신의 치명적인 약점』, 『세일즈 토크의 달인』 (비즈니스북스), 『첫 번째 태팅레이스』 (책밥) 외 다수