[전자계산기 구조] CPU, Memory, IO

 

C P U

( Central Processing Unit )

 

 

 

 

Reference 전자 계산기의 전체적인 구조

 

 

 

 

 

 

• CPU ( Central Processing Unit )
  • M-Processor 라고도 불리며 메모리에 저장된 프로그램이나 데이터를 읽어와서 필요한 명령을 수행하는 기능
  • M-Processor 내부(內部)
    • ALU (Arithmetic Logic Unit) : 산술논리 장치
    • Register : 레지스터 (소형의 메모리)
    • 그 외 신호 핀 연결 부분

 

1) Bus line의 연결 상태

    8 bit M-processor 의 연결 상태

    8개의 Data Line (8 pin)

    16개의 Address line (16 pin)

 

 

 

 

 

2) 메모리 확장성

 

 

• CPU 구성

• CPU 내부의 각종 Register 연결은 내부 버스선으로 연결되어 있으며 CPU제어 회로를 통해 각 Register의 명령어 해독
• CPU 버스제어 회로 : CPU내부 데이터 버스와 외부의 BUS선 연결

 

• CPU 외부신호 (Pin Description)

대체로 8 bit M – Processor는 제조 회사별 차이가 있으나 Pin수는 38pin에서 48pin 사이이다.

1. 메모리나 입출력 장치들의 주소를 선택하는 Address line
2. 메모리나 입출력 장치들의 데이터를 선택하는(주고받는) Data line
3. 메모리의 Read/Write 신호
4. 메모리와 입 출력 장치를 구별해서 선택하기 위한 Memory I/O 신호
5. 입출력 장치로부터 CPU를 거치지 않고 직접 Memory와 Read/Write 하기 위한 DMA (Direct Memory Access)신호
6. Interrupt를 위한 신호
7. CPU내부의 제어나 동기를 위한 Clock신호

Memory

 

• ROM ( Read Only Memory )
  • 고정 Memory (fixed memory )
    

    종류 : PROM ( Programmable ROM , EPROM (erasable ROM)
    

  • ROM은 메모리 내의 임의의 주소를 Access하는데 항상 일정한 Access time이 요구 된다.
  • 일반적으로 전자 계산기에서 ROM은 내용(Data)를 바꿀 필요가 없는 고정된 프로그램이나 데이터를 저장하는데 사용 된다.
  • ROM의 내용은 전원이 OFF되어도 변화하지 않으므로 컴퓨터의 전원이 ON된 후 자동적으로 특정한 순서의 동적을 수행 시킬 목적으로 사용
    

 

• RAM ( Random Access Memory )

   

  • 통신 : RWM ( Read Write Memory )
    
  • 메모리의 내용을 읽거나 변경시키는 동작이 가능하므로 RWM이라고 불린다.
  • RAM은 ROM과 달리 전원이 OFF되면 데이터가 소멸된다.
  • TTL RAM : 메모리 Access time이 빠르며 소모전력이 크다.

    MOS RAM : Access time이 느린 반면 소모전력이 적다.

    • Static Memory ( Access time )
    • Dynamic Memory
      ( 집적도 )
      

 

 

 

 

 

Input Output Interface ( I/O 장치 )

 

• 컴퓨터는 입출력 장치에 의해 외부의 Data를 CPU나 Memory로 읽어 들이기도 하고 CPU나 메모리의 Data를 외부로 출력 시킨다.

  I/O장치는 Micro controller(Protocol 전송방식, 데이터 전송 방식)를 외부와 직접적으로 연결시키는 역할을 하여 일반적으로 Buffer을 가지고 있으며 외부 장치와 연결 시 병렬식 Port를 사용하나 직렬식 Port연결을 할 수 도 있다. 병렬식 Port의 입,출력선은 일반적으로 4bit, 8bit, 16bit로 구성하지만 더 큰 경우도 있다.

   

• Interface

  입출력 장치와 컴퓨터 사이(단말기와 네트워크)에서 데이터 전달이 가능하기 위해 양쪽 (컴퓨터와 단말기)의 기능을 제어하는 회로

   

   

 

• 입출력 과정의 Data 형태
  • 병렬 데이터 ( Parallel Data ) : 데이터 버스상의 8bit 데이터가 동시에 입출력 되며

    전달 속도가 빠르지만
    Bus(Cable)수가 많아지고 noise의 영향 등으로 근접원거리에서 고속으로 데이털 전달 시 사용

  • 직렬 데이터 ( Serial Data ) : 8bit data가 한번에 1bit씩 순차적으로 입출력 되며 장거
    

    리전달 가능
    

  • 병렬 입출력 Interface ( Parallel Interface I/O )

• Data line : 컴퓨터의 Data bus에 연결되어 CPU로 부터 데이터나 명령을 주고 받는데 사용
• Port A/ Port B : 서로 다른 두 개의 구동장치로부터 Data를 입출력 하는데 사용
• Handshake 신호 : Interface port와 입출력장치 사이에서 Data를 주고받는 Timing제어신호
• Interrupt 신호 : CPU에서 인터페이스로 데이터를 보낼 것인지 결정하는 신호

Chip Select 신호 : 특정 interface를 선택 ( Memory의 Chip Enable와 동일한 기능)

jk29.pdf