[CA] CPU는 어떻게 움직이는가
CPU는 어떻게 작동할까?
CPU는 실리콘으로 만들어져 있다.
- CPU는 반도체로 만들어졌다.
- 반도체는 실리콘으로 만들어졌다.
- 실리콘은 최외각전자가 4개일 때 안정적 -> 전자가 4개이면 전류가 통하기 어렵다!
실리콘의 전자 개수를 더하거나 빼서 각각 N형과 P형 반도체를 만든다.
그러면 전자를 하나 빼서 전류가 흐르게 해볼까?
A. 실리콘보다 전자가 하나 더 많은 원소
- 남은 전자 하나가 자유롭게 이동하면서 전류를 흐르게 해준다.
- 전자(-)가 하나 더 많으니까 N(negative)형 반도체
B. 실리콘보다 전자가 하나 더 적은 원소
- 빈 구멍이 생긴다: 그 구멍으로 채우려고 전자가 이동, 전류는 그 반대 방향으로 흐른다
- 이 빈 구멍이 양전하를 띈 입자처럼 행동한다 –> 이걸 양공이라고 부른다.
- 양공(+)이 있으니까 P(positive)형 반도체
P와 N을 조합해서 PNP, NPN 반도체를 만들 수 있다
결국 반도체의 역할은 전압이 걸릴 때 전류를 흐르게 하는 것이다.
그렇게 만든 반도체로 논리회로를 만들 수 있다.
전류가 흐르게 했을 때 출력이 0이면 거짓, 1이면 참이다.
출력이 0인지 1인지는, Logic Circuit에서 배운대로 low level, high level에 따라 결정한다.
- 전압이 high level 이상이면 –> 1
- 전압이 low level 이하이면 –> 0
단, high와 low의 기준은 device마다 다르며, input과 output에도 각각 다른 level 기준이 적용된다.
위의 그림에는 레벨이 표시되지 않았지만,
특정 레벨을 넘어가면 1, 특정 레벨 이하면 0으로 간주한다.
논리회로 (AND, OR, NOT)으로 XOR과 같은 파생 논리회로를 만들 수 있다
- ALU, Mosfet과 같은 장치를 만들어 연산을 수행할 수 있다.
- Hard disk, RAM, CPU의 연산 수행은 어셈블리 수준에서 처리한다.
- 그 이상은 우리가 알고 있는 C언어, 컴파일, 기계어에서 처리한다.
세 줄 요약
- CPU는 실리콘으로 이루어져 있으며, N형과 P형을 각각 제작해 전류를 통제할 수 있다
- 전류가 흐르는 여부를 바탕으로 논리값(0,1)을 구분할 수 있으며, 이를 바탕으로 논리 및 산수 연산(ALU)이 가능하다.
- 연산 방식과 결과값을 저장하는 memory, 연산을 수행하는 cpu에 접근할 수 있게 하는 프로그래밍 언어들이 단계별로 존재한다.