[컴퓨터 사이언스] 컴퓨터 하드웨어 - 산술 논리 연산 장치

컴퓨터 사이언스에 관해 공부한 내용을 정리한 글입니다.

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1. 산술 논리 연산 장치(ALU : Arithmetic and Logic Unit)

제어 장치의 지시에 따라 실제 자료 처리가 이루어지는 곳. 4칙 연산, 논리 연산, 비교 연산, 자리 이동(shift) 등을 수행한다.

2. 산술 논리 연산 장치의 구성

가산기(adder), 레지스터(register), 보수기(complementary) 등으로 구성된다.

1) 누산기(ACC : accumulator)

연산 장치의 중심이 되는 레지스터. 초기에는 연산될 데이터의 보관 장소로 사용되며, 연산 후에는 산술 및 논리 연산 결과를 일시적으로 보관한다.
=> 연산 결과값을 일시적으로 기억

2) 데이터 레지스터(data register)

연산에 필요한 데이터가 두 개인 경우, 하나의 데이터를 일시적으로 보관하고 있다가 필요할 때 제공하는 역할을 수행한다. 기억 레지스터(storage register)라고도 한다.
=> 연산에 필요한 데이터를 일시적으로 보관

3) 가산기(adder)

누산기와 데이터 레지스터에 보관된 두 값을 더하여 그 계산 결과를 다시 누산기에 보관한다.

4) 상태 레지스터(status register)

연산 결과가 양(0)인지 음(1)인지, 또는 자리 올림(carry)이나 오버플로우가 발생했는지 등의 연산에 관계되는 상태와 인터럽트(interrupt) 신호를 기억한다.

5) 보수기(complementary)

어떤 수를 보수로 바꾸어 주는 회로로서 뺄셈을 수행할 때 빼는 수를 보수로 바꾸어 가산기에 입력함으로써 감산의 결과를 얻을 수 있다. 보수에는 1의 보수와 2의 보수가 있는데 주로 2의 보수를 많이 사용한다.

3. 산술 연산

 

1) 10진수 연산

부호가 있는 10진수 수치 자료의 연산을 수행하는 것. 가감승제는 팩형 10진수(packed decimal) 형식의 데이터가 사용된다.

2) 2진수 연산

고정 소수점 연산과 부동 소수점 연산으로 나누어 진다.
고정 소수점 연산은 일정한 길이의 바이트에 표시된 고정 소수점 수를 연산하는 것으로 10진수 연산보다 처리 속도가 빠르다.
부동 소수점 연산은 부호 비트, 지수부, 소수부로 구성되어 있으며, 부동 소수점 연산을 위해서는 특수 목적을 가진 레지스터가 필요하다.

 

2021.10.24 - [컴퓨터 사이언스] - [컴퓨터 사이언스] 데이터의 표현과 연산

[컴퓨터 사이언스] 데이터의 표현과 연산

↑ 관련 내용 참고

부동 소수점 연산은 매우 큰 수나 작은 수를 다룰 수 있으며 연산 처리 속도가 고속이다. (float 생각하면 될 듯)

 

4. 논리 연산

사칙 연산을 제외한 문자 처리. 로드(load), 스토어(store), 분기(branch), NOT, AND, OR 등의 논리 연산과 자리이동(shift), 순환이동(rotate) 등이 있다. 이러한 데이터 처리는 비트나 바이트로 처리된다. (비트 연산 생각하면 될 듯)

 

2021.04.16 - [코딩 공부/C 언어] - C 언어 기초 : 연산자 3 - 비트 연산자

C 언어 기초 : 연산자 3 - 비트 연산자

↑ 관련 내용 참고

로드 : 기억 장치에서 CPU의 레지스터로 이동하는 것

스토어 : 레지스터에서 기억 장치로 이동하는 것

분기 : 명령의 실행 순서를 변경하는 것. 무조건 분기와 조건 분기가 있다.