What is CPU

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What is CPU

CPU

CPU란 (Central Processing Unit / main processor)으로 컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램(프로세스)의 연산을 실행하는 핵심적인 컴퓨터의 중앙 제어장치로 사람으로 따지면 뇌의 역할은 하는 내장형 칩을 의미한다.
CPU는 기계어로 쓰인 명령어를 해석하며 실행하며, 외부의 정보를 입력받아 이를 기억하고, 연산하며 외부로 출력하는 역할을 수행한다.
CPU는 크게 하기 3가지 구분할 수있다.
- 처리할 명령어를 저장하는 프로세서와 레지스터
- 연산을 담당하는 산술논리연산장치(ALU / 연산장치),
- 명령어의 해석과 올바른 실행을 위해 CPU를 제어하는 제어장치(Control Unit)

Core : CPU의 Core 즉 CPU의 핵심적인 역할을 수행해내는 중심부 역할을 말하며 이 코어에서 시스템의 모든 연산처리를 수행한다.
Thread : Core는 H/W 적인 관점에서 본 관점이며, Thread는 논리적인 작업 관점에서 처리 단위를 나뉘어 연산처리(HyperThreading)를 수행한다고 할 수 있다.
Clock : Clock은 동작 주파수로 CPU의 속도를 나타내는 단위이며, CPU가 데이터 양에 따라 속도가 달라질 수 있다. 단, 클럭이 높을 수록 발열 및 전력사용이 증가하기에, 최근에는 Multi Core 및 Multi Thread로 일정량의 Clock을 유지시켜 성능 향상을 꾀하고 있다.
Cache Memory : CPU 내부에서 임시로 사용하는 버퍼(Buffer) 메모리 중 하나로, 자주 사용하는 파일 등을 따로 모아두고, 나중에 해당 파일을 다시 실행하면 컴퓨터에서 바로 불러오는 파일을 의미하며, CPU가 하나의 데이터를 처리하는 동안 메인 메모리로부터 다음에 처리할 데이터를 불러와 대기하는 시킬 수 있어, 처리 속도를 높일 수 있다.
정말 간단하게 요악하자면 Core는 몸통, Thread는 몸통에 달린 팔이라고 할 수 있지만, Thread가 무조건 많다고 좋은 것이 아니며, 대부분 Thread가 높을 수록 Clock이 낮기 때문에 개개인에 맞게 사용하는 것이 옳다고 할 수 있다.

커널 및 프로세스 : 유저와 CPU 사이에서 서로의 언어를 해석하고 전달(OS, 프로그램)
Protection ring : 유저가 사용하는 커널과 시스템이 사용하는 커널을 나눔으로써 시스템 자체를 보호(System call)
Virtaul memroy / Page table : 유저가 사용하는 프로세스가 메모리에 접근하기 전에 사용되는 공간으로 실제 메모리 사용량의 변동성을 억제시켜 이를 통해 시스템의 안전성을 향상시키는 역할을 수행
Context Switching : 실제 CPU는 특정 프로세스만을 지속적으로 점유시키고 있지 않으며, 다른 프로세스를 스왑하면서 사용되는 데, 이를 Context Switching이라 한다.
Page Table Entry의 Protechtion bit : 유저가 사용하는 프로세스의 가상 메모리의 특정 주소는 커널 데이터를 담고 있어, sysc all을 호출하여 커널의 도움을 받으러 갈 때 Page Table을 커널 것으로 교체할 필요가 없어져, 파일의 Read/Write

명령어(instrcution) : CPU 명령어 수행 동작
Pipeline : 파이프라인은 CPU가 하나의 명령어를 처리하는 과정도 너무 복잡하고 많기 때문에, 이를 잘게 쪼개서 여러 가지 작은 단계로 나누어 처리하는 방식
Cache : 주메모리에서 값을 읽는 동작은 CPU의 명령어 처리 속도에 비하면 한참 느리다. 따라서 이 갭을 줄이기 위해 매우 빠르지만 작은 저장 공간이 CPU에 있는데, 이를 캐시라고 한다.
분기(Branch) 명령어는 어떤 조건이 맞으면 다음에 실행할 명령어의 위치를 임의로 지정할 수 있게 해준다. 이는 같은 명령어들을 반복해서 실행하거나 조건에 따라 다른 일을 하고 싶을 때 사용하는 매우 기본적인 명령어다.
비순차적 명령어 처리(OoOE)는 파이프라인의 송출(Issue) → 실행(Execute) → 회신(Writeback) 단계에 한해서 늦게 온 명령어가 일찍 온 명령어를 새치기할 수 있는 기술
Speculative execution : 어떤 명령어가 특정 파이프라인 단계에 필요한 정보가 없어서 진행이 막혔을 때, 필요한 정보를 예측해서 높은 확률로 맞힌다면 틀렸을 때의 다소 큰 손해를 넘어서는 이익을 취할 수 있다. 고성능의 CPU는 이러한 예측에 기반한 갖가지 기술들을 적극 활용하고 있다.

마지막 수정일자 April 21, 2025