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학교/컴퓨터 구조

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3. 컴퓨터의 성능 (3/4) 연산 연산의 종류 1. 전송 연산 - CPU 내의 레지스터와 메모리 사이의 데이터를 교환하는 적재, 저장 연산(LDA/STA) 2. 처리 연산 - 산술논리장치로 데이터를 조작 - ADD, USB 등 3. 제어 연산 - 프로그램 실행 순서를 제어 - 반복문, 조건문, 프로시저등 4. I/O 연산 - 레지스터와 외부 장치 사이의 데이터 이동을 수행 - 매우 느리다 분기 명령 프로그램을 비순차적으로 수행할 때 사용하는 명령. 명령어에 다음 명령어의 위치를 명시하지 않음. 다음 명령어는 현재 명령어의 다음 위치에 있다고 간주 조건에 따라, 무조건 분기(JMP) 조건 분기(IF, JNE 등) 프로시저 호출, 복귀 등이 있다. CPSR 조건 분기에선 두 가지 방식이 있는데 묵시적 조건, 명시적 조건이 있다. 묵시적 조건..
3. 컴퓨터의 성능 (2/4) CPU의 기본 구성과 명령어 집합 기본 구성 폰노이만 구조를 기준으로 설명한다. 여기에 있는 명령어 집합은 가상의 명령어이다. 각 요소를 설며여하면 1. PC (프로그램 계수기) 다음에 실행할 명령어의 주소를 보관. 명령어 인출 후, 명령어 길이만큼 증가해, 다음 명령어를 가리킨다. 분기 명령어의 겨여우, 목적지 주소를 가리킨다. 2. IR (명령 레지스터) 가장 최근에 인출한 데이터를 보관 3. ACC (누산기) 프로시적 메모리에 접근하기 위해 참조하려는 데이터의 주소를 명시 4. MAR (Memory Address register) 메모리 주소 레지스터. 프로세서가 메모리에 접근하기 위해 참조하려는 데이터의 주소를 명시 5. MBR (Memory Buffer register) 메모리 버퍼 레지스터. 프로세서가 메모리부터 읽거나, 메모..
3. 컴퓨터의 성능 (1/4) 명령어 집합 의미 명령어 집합 구조(ISA)는 좁은 의미에서 컴퓨터 구조이다. ISA는 작성된 프로그램과 그 프로그램을 수행할 HW 사이의 인터페이스에 대한 완전한 정의이다. 즉, ISA는 추상화 개념이며, 이걸 구체화한 걸 Micro Architecture라고 한다. ISA에서 명시하는 사항은 다음과 같다. 1. 하드웨어가 어떤 연산을 수행하고, 각 연산에 어떤 데이터가 필요한지. 2. 사용할 수 있는 데이터의 표현 방식(Data type) 3. 주소 지정 방식(addressing mode) 명시 명령어 집합 설계에는 여러 주요 사항들이 있는데 다음과 같다. 1. 연산의 종류 프로세서가 수행할 수 있는 일의 종류 일반적으로 전송(transfer), 처리(processing), 제어(control), I/O 연산 4..
2. 컴퓨터의 성능 (3/3) CPU 성능에 영향을 주는 요소 CPU는 다음 3가지로 성능이 결정된다. 1. 명령어 개수 2. 평균 CPI 3. 클록 속도 물론 3가지를 다 줄이면 좋겠지만, 각 요소는 서로 충돌한다. 예를 들어 클록 사이클 시간을 낮추면 평균 CPI가 증가할 수 있고, 평균 CPI를 낮추면 명령어 개수가 늘어날 수 있다. (곱셈 연산을 없애면, CPI가 낮아지만, 곱셈을 덧셈으로 풀어써야 해 명령어 개수 증가) 이 3가지 요소를 자세하게 보면. 1. 명령어 개수 알고리즘과 아키텍처에 의해 결정 알고리즘의 예를 들면, 효율적인 정렬은, 명령어 개수를 줄여준다. 또한, 하나의 명령어가 수행하는 일이 많으면, 프로그램의 크기를 줄일 수 있다. 예를 들어 곱셈 연산은 x 하나면 충분하지만, 이게 없다면 다수의 + 연산을 통해 구현해야 한다. 아키텍처는 C..
2. 컴퓨터의 성능 (2/3) CPU 성능 분석 CPU의 사양 중 클록 속도라는 것이 있다. 클록 속도는 1초당 1.0 * 10^9 사이클을 나타내며 1ns이다. 하지만 클록속도가 3GHz인 CPU가 2GHz인 CPU보다 반드시 성능이 우수하다곤 할 수 없다. 클럭 속도는 CPU의 성능에 영향을 주는 요소 중 하나이기 때문이다. 예를 들면, 두발 자전거와 세발 자전거가 있을 때, 세발 자전거가 두발 자전거보다 바퀴가 작아 빠르게 돌릴 수 있지만, 페달을 더 빨리 밟는다고 해서 두발 자전거보다 더 빠른 건 아니다. CPU의 성능은 앞장의 프로그램 실행 시간으로 나타낼 수 있고, CPU의 성능이 좋을 수록, 프로그램 실행 시간이 짧다.(반비례) 프로그램 실행 시간은 다음 3개 요소로 나타낼 수 있다. 첫 번째 요소의 명령어 개수는 프로그램의 크기를 의미한..
2. 컴퓨터의 성능 (1/3) 암달의 법칙 cpu 실행 시간 프로그램을 수행하는데 순수하게 사용된 시간 ( I/O 작업 제외 ) 성능이 높다는 말이 CPU 실행 시간이 짧다는 의미이다. Ex) M1과 M2가 있을 때 M1에 대한 M2의 성능 비율은 암달의 법칙 병렬화를 적용한 성능 향상은, 시스템의 순차적 시간에 의해 제한되는 것 즉, 아무리 병렬화를 해줘도, 한계가 있다. M1을 일부 개선한 M2가 있을 때, M2의 실행 시간은 여기서 M은 약분이 되므로, 이 된다. 여기서 N은 성능 향상 크기 F는 영향을 받는 부분이다. 만약 N에 무한정으로 투자를 해 성능을 극대화 한다 해도. 고정된 순차적 시간 이상으론 최적화 할 수 없다. Ex) 부동 소수점 연산의 수행 시간이 50%를 차지하는 프로그램이 있을 때, 2배 빠르게 수행할려면 수행 시간이 ..
11. 캐시 메모리 (3/4) 블록 교체, 갱신, 실패 메모리에서 새로운 블럭을 가져와야 하는데, 캐시 테이블에 다른 블럭들로 차있으면, 교체를 해야 한다. 또, 캐시 블록과 메모리의 일관성을 유지하기 위한 대책도 필요하다. 1. 블록 교체 방식 1. 최소 최근 사용(LRU) 구현 비용이 높지만, 최고의 적중률을 보인다. 2. 무작위 방식 : 임의의 캐시 블록을 교체한다. 효율성은 보장하지 못하지만, 구현이 쉽다. 3. 선입 선출 : 먼저 적재된 블록을 먼저 축출한다. 상황에 따라서 무작위보다 안 좋다. 2. 블록 갱신 방식 1. 즉시 쓰기(write-through) 캐시 블록에 쓰기 연시, 메모리에도 수정 내용을 전달한다. 메모리 접근은 비용이 많이 들어서 꼭 필요한 블록에만 이 방식을 적용한다. 2. 나중 쓰기(write-back) 캐시 블록이 수정되면 ..
11. 캐시 메모리 (2/4) 사상(mapping) 캐시는 메모리보다 용량이 작기 때문에, 캐시 미스가 발생할 수 밖에 없다. 따라서, 메모리 블록을 어떻게 교체할 지에 대한 전략들이 있다. 교체 방식에는 대표적으로 3가지가 있다. 1. 직접 매핑 : 오직 1:1 2. 완전 연관 매핑 : 아무데나 사상 가능 3. 집합 연관 매핑 : 1 2번의 절충안으로, 정해진 블록의 집합내 어디서든 사상 가능 예를 들자면, 빅 엔디안 기반인 환경에서, 512바이트의 메모리와, 128바이트의 캐시를 가지고 있다. 16바이트의 블록을 가지고 있고, 워드는 4바이트다. 계산해보면 메모리 주소는 512 = 2^9 이므로, 9비트 캐시 주소는 128 = 2^7 이므로 7비트다. 여기서 블록이 16 = 2^4 이므로, 각각의 주소에 4비트를 차지한다. 정리하면. 메모리의 블록 번..

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