CPU 아키텍쳐

지금 시간에는 CPU 아키텍쳐에 대해 다루어 보도록 하겠습니다.

CPU 아키텍쳐란 컴퓨터가 데이터를 처리하고 명령어를 실행하는 방식과 관련된 구조와 설계를 말합니다.
CPU 아키텍쳐는 크게 ISA와 마이크로 아키텍쳐로 나누어 설명할 수있습니다.

명령어 집합 아키텍쳐

(Instruction Set Architecture)

• CPU가 어떤 명령어를 실행할 수있는지 정의하는 부분
• 컴파일러 또는 프로그래머가 프로세서와 상호작용할 수 있는 방법을 명시함.
• 소프트웨어와 하드웨어 간의 인터페이스

ISA 주요 요소

• 명령어 포맷 : 명령어의 형식과 길이 ex) 32bit, 64bit
• 레지스터 : 연산을 위해 데이터를 저장하는 저장 공간을 정의.
• 데이터 타입 : CPU가 다룰 수 있는 데이터의 종류 ex) 정수, 부동 소수점, 벡터
• 주소 모드 : 명령어가 메모리에 접근하는 방식. ex) 직접 주소 지정, 간접 주소 지정

마이크로 아키텍쳐

(Microarchitecture)

• ISA를 실제로 하드웨어에서 어떻게 실행할 것인가?
• 같은 ISA를 사용하더라도, 각기 다른 마이크로 아키텍처를 가질 수 있음.
  • 인텔과 AMD 같은 x86 ISA를 사용하지만, 내부의 마이크로 아키텍쳐 설계는 다름.

마이크로 아키텍쳐 구성 요소

• 파이프라인 : CPU가 여러 명령어를 동시에 처리할 수 있도록 명령어 실행 단계를 나누어 각 단계가 병렬로 실행되게 하는 구조.
• 슈퍼스칼라 : 여러 명령어를 동시에 실행할 수 있는 방식
• 캐시 메모리 : CPU가 메모리 접근 시간을 줄이기 위해 사용하는 고속 메모리

CPU 아키텍쳐의 종류에 대해 추가적으로 찾아보면 대표적으로 아래와 같습니다.

1. x86
2. x86_64(AMD64)
3. ARM
4. ARM64

x86

• Intel 기반 32bit CPU
• Windows, Linux, Mac Os 지원

x86_64 (AMD64)

• Intel 기반 64bit CPU
• Intel 기반 64bit CPU, x86과 호환됨.
• CISC 기반 의 CPU 아키텍쳐

CISC란 (Complex Instruction Set Computer)로 복잡한 명령어의 집합으로 많은 수의 명령어를 포함하고 있는 CPU 구조를 의미한다.
이로인해 하드웨어 설계가 복잡하고, 클럭 사이클 당 성능이 떨어진다. 

ARM

• 저전력 소비
• RISC 기반
• 32 bit

ARM64

• 저전력 소비
• RISC 기반
• 64 bit
• ARM 32bit와 호환됨.

RISC란 (Reduced Instruction Set Computer) 단순한 명령어의 집합으로 단순하고 빠르게 실행할 수있는 기본적인 명령어를 포함하고 있는 CPU 구조를 의미한다. 복잡도가 낮으면 전력 소모가 적다. 반대로 복잡한 작업을 수행하기 위해 더 많은 명령어가 필요.