[컴퓨터구조] 13. 중앙처리장치 (4)

1. 연산기 개념

1) 연산기란?

• 데이터를 처리하고 연산하는 장치

• 주로 산술, 논리, 비교, 이동 등의 연산을 수행하여 프로그램의 실행과 데이터 처리를 담당

• 일반적으로 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU)의 핵심 구성 요소 중 하나로 작동

• CPU는 명령어를 해독하고 실행하며, 이 과정에서 연산기는 데이터를 읽어들여 필요한 연산을 수행

 

다양한 종류의 연산 수행

• 산술 연산: 숫자와 관련된 연산(덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등)

• 논리 연산: 참과 거짓에 대한 논리적 연산(AND, OR, NOT 등)

• 비교 연산: 두 값이 같은지, 크기를 비교하는지 등을 판단하는 연산

 

레지스터(Register)

• 매우 빠른 속도로 데이터에 접근할 수 있는 저장 공간

• 연산기는 레지스터에 저장된 데이터를 읽어 연산을 수행한 후, 결과를 다시 레지스터에 저장하거나 다른 장치로 전송

 

연산기의 성능

• 연산 속도, 연산 정확도, 연산 가능한 데이터 크기 등에 따라 달라짐

 

 

2. 연산의 종류

1) 연산자 유형

단항 연산자 (Unary Operator)

• 음수 만들기(-), 1의 보수(NOT), 왼쪽/오른쪽 시프트(<<, >>), 증가(++), 감소(--)

 

이항 연산자 (Binary Operator)

• 사칙 연산 (+, -, *, /), 논리 연산(AND, OR, XOR), 비교(compare, test)

 

수의 표현과 연산 방법

• 부호 없는 수: 코드 논리 연산, 논리 시프트 연산, 산술 연산

• 부호 있는 수: 정수 표현, 산술 시프트 연산, 산술 연산

• 실수: 실수 표현, 산술 연산

 

 

3. 정수의 표현

1) 정수 표현 개요

• 컴퓨터는 이진수를 기반으로 동작하므로 정수는 이진수로 표현

• 일반적으로 십진수를 정수 이진수로 변환하여 표현

 

소수점이 없는 수

• 부호 없는 수 (Unsigned Number)

• 부호 있는 정수 (Signed Number)

 

2) 정수 표현 방법

부호와 크기(Sign-Magnitude) 표현

• 최상위 비트를 부호 비트로 사용(0: 양수, 1: 음수)

• 나머지 비트는 숫자의 크기를 나타냄

 

보수(Complement) 표현

• 진법의 수에 따라 1의 보수와 2의 보수 두 가지 방식 존재

 

1의 보수 표현

• 모든 비트를 반전(0→1, 1→0)하여 표현

• 예: 100111 → 011000 (1의 보수)

 

2의 보수 표현

• 1의 보수에 1을 더한 값

• 예: 100111 → 011001 (2의 보수)

• 컴퓨터에서 음수를 표현하는 데 주로 사용

 

 

4. 논리 연산

1) 논리 연산이란?

• 데이터를 부호 없는 수(Unsigned Number)로 취급하여 연산 수행

• 불 연산(Boolean Algebra): 참(True)과 거짓(False)으로 이루어진 연산

• 논리 연산의 종류: 논리합(OR), 논리곱(AND), 부정(NOT), 배타적 논리합(XOR)

 

2) 논리 연산의 종류

NOT 연산

• 오퍼랜드의 각 비트를 반전

• 명령어: NOT R → R = ~R

• 예: R0 = 0010_1011 → NOT R0 = 1101_0100

 

AND 연산

• 비트 단위로 논리곱 연산 수행

• 명령어: AND R1, R2 → R1 = R1 AND R2

• 마스크 연산(mask): 특정 비트를 0으로 설정하는 연산

 

OR 연산

• 비트 단위로 논리합 연산 수행

• 명령어: OR R1, R2 → R1 = R1 OR R2

• 선택적 세트 연산(selective set): 특정 비트를 1로 설정하는 연산

 

XOR 연산

• 비트 단위로 배타적 논리합 연산 수행

• 명령어: XOR R1, R2 → R1 = R1 XOR R2

• 선택적 보수 연산(selective complement): 특정 비트를 보수로 변경하는 연산

• 체크섬(Checksum): 데이터 무결성을 확인하는 데 사용

 

---

이 내용은 휴넷사회복지평생교육원의 컴퓨터 구조 강의를 듣고 정리한 것입니다.