CPU와 주기억장치
쉽게 말하면
CPU는 컴퓨터의 두뇌예요. 명령을 해석해 지시하는 제어장치, 계산하는 연산장치, 아주 잠깐 값을 들고 있는 레지스터로 이루어져요. 지금 쓰는 프로그램과 자료는 주기억장치(RAM)에 올려 두고 일하는데, RAM은 전원이 꺼지면 내용이 사라져요. 꺼져도 남아야 하는 기본 프로그램은 ROM에 있어요. CPU와 RAM의 속도 차이를 메우는 작고 빠른 메모리가 캐시예요.
시험용 정의
CPU(중앙처리장치)는 제어장치(명령 해석·지시: 프로그램 카운터, 명령 레지스터, 명령 해독기), 연산장치(산술·논리 연산: 가산기, 누산기, 상태 레지스터), 레지스터(CPU 안의 가장 빠른 임시 기억 장소)로 이루어진다. 성능 단위는 클럭 속도(Hz)와 MIPS(초당 백만 개 명령)다. 주기억장치는 ROM(읽기 전용, 전원이 꺼져도 유지되는 비휘발성, 펌웨어·BIOS 저장)과 RAM(읽고 쓰기, 전원이 꺼지면 사라지는 휘발성)으로 나뉘며, RAM은 재충전이 필요한 DRAM(주기억장치용)과 필요 없는 SRAM(빠름, 캐시용)이 있다. 캐시 메모리는 속도 향상, 가상 메모리는 보조기억장치를 주기억장치처럼 써서 용량을 확장한다. 기억장치 속도는 레지스터 > 캐시 > 주기억장치 > 보조기억장치 순이다.
비유로 이해하기
레지스터는 손에 든 메모지, 캐시는 책상 위, RAM은 책장, 하드 디스크는 창고다. 손에 가까울수록 빨리 꺼내지만 담을 수 있는 양은 적다. 가상 메모리는 책장이 꽉 차서 창고 한쪽을 책장처럼 쓰는 것이라 느리다.
자세히
먼저 알아 둘 말
| 말 | 뜻 |
|---|---|
| CPU | 명령을 해석하고 계산하는 중앙처리장치 |
| 레지스터 | CPU 안의 아주 빠르고 작은 임시 기억 장소 |
| 클럭 | CPU가 일하는 박자. 1GHz는 1초에 10억 번 |
| 휘발성 | 전원이 꺼지면 내용이 사라지는 성질 (RAM) |
| 비휘발성 | 전원이 꺼져도 내용이 남는 성질 (ROM, SSD) |
| 펌웨어 | ROM에 들어 있어 하드웨어를 직접 제어하는 소프트웨어. 업그레이드 가능 |
| BIOS | 컴퓨터를 켰을 때 하드웨어를 점검하고 운영체제를 불러오는 기본 프로그램 |
CPU 구성
| 장치 | 구성 요소 | 하는 일 |
|---|---|---|
| 제어장치 | 프로그램 카운터(PC), 명령 레지스터(IR), 명령 해독기 | 다음 명령 위치 기억, 명령 해석, 각 장치에 지시 |
| 연산장치 | 가산기, 누산기(AC), 보수기, 상태 레지스터 | 산술·논리 연산, 결과 임시 저장, 상태 표시 |
| 레지스터 | 범용·특수 레지스터 | 처리 중인 데이터 임시 보관 |
메모리 종류
| 종류 | 특징 |
|---|---|
| ROM | 비휘발성, 읽기 전용. 종류: Mask ROM, PROM(한 번 기록), EPROM(자외선으로 삭제), EEPROM(전기로 삭제), 플래시 메모리 |
| DRAM | 휘발성, 주기적 재충전 필요, 집적도 높고 저렴 → 주기억장치 |
| SRAM | 휘발성, 재충전 불필요, 빠르고 비쌈 → 캐시 메모리 |
| 캐시 메모리 | CPU와 주기억장치 사이 속도 차이 완화 |
| 가상 메모리 | 보조기억장치를 주기억장치처럼 사용 → 용량 확장 |
| 연관(연상) 메모리 | 주소가 아닌 내용으로 찾는 메모리 |
| 버퍼 메모리 | 속도가 다른 두 장치 사이에서 데이터를 잠시 모아 두는 곳 |
| 플래시 메모리 | 비휘발성 EEPROM의 일종. USB 메모리·SSD에 쓰임 |
기출에서 더 나온 것
| 말 | 뜻 |
|---|---|
| 시간 단위 | ms(밀리초) > μs(마이크로초) > ns(나노초) > ps(피코초). 작을수록 빠르다. 메모리 접근 시간(ns)은 작을수록 좋다 |
1급에서 더 나오는 것
| 항목 | 알아 둘 것 |
|---|---|
| 레지스터 더 보기 | 제어 장치: 프로그램 카운터(다음 명령 주소), 명령 레지스터, 명령 해독기, 부호기(제어 신호 생성), 메모리 주소 레지스터. 연산 장치: 가산기, 보수기, 누산기, 데이터 레지스터, 상태 레지스터(자리 올림·부호·오버플로 상태) |
| 메모리 더 보기 | 연관 메모리: 주소가 아니라 내용으로 찾는다. 가상 메모리: 보조 기억 장치를 주기억 장치처럼 써서 용량을 늘린다(빨라지지 않음). 캐시: SRAM, 적중률이 높을수록 빠르다. 마이크로프로세서에는 제어·연산 장치와 레지스터가 들어 있고 주기억 장치는 따로 있다 |
| 속도 단위 | ms(10⁻³) → μs(10⁻⁶) → ns(10⁻⁹) → ps(10⁻¹²) 순서로 빨라진다 |
시험에 이렇게 나와요
- 레지스터 → CPU 안의 임시 기억장치, 가장 빠름. 프로그램 카운터는 다음에 실행할 명령의 주소
- CPU 구성 → 제어 장치·연산 장치·레지스터 (SSD는 아님)
- RAM → 지금 실행 중인 프로그램과 데이터 저장, 전원이 꺼지면 지워짐
- 캐시 메모리 → CPU와 주기억장치 사이에서 속도 차이를 줄임 / 가상 메모리 → 하드 디스크 일부를 주기억장치처럼
- 플래시 메모리 → 비휘발성, 전력 적음, USB·카메라에 사용 (트랙 단위 저장은 아님)
- 수치가 작을수록 좋은 것 → RAM 접근 속도(ns), 연산 속도 단위 빠른 순 → ps < ns < μs < ms
- (1급) 연산 장치 레지스터(상태 레지스터는 연산 상태), 연관 메모리 대 가상 메모리, ms → μs → ns → ps
확인 문제
Q1. CPU와 주기억장치 사이에서 속도 차이를 줄여 주는 작고 빠른 메모리는?
- 캐시 메모리
- ROM
- 하드 디스크
- 가상 메모리
정답 보기
1번 캐시 메모리
캐시 메모리(주로 SRAM)는 자주 쓰는 데이터를 CPU 가까이에 두어 처리 속도를 높인다. 가상 메모리는 반대로 하드 디스크 일부를 주기억장치처럼 써서 '용량'을 늘린다.
Q2. 다음에 실행할 명령어의 주소를 기억하는 레지스터는?
- 명령 해독기
- 누산기
- 프로그램 카운터
- 상태 레지스터
정답 보기
3번 프로그램 카운터
제어장치에 속한다. 누산기는 연산장치에서 결과를 임시 저장.
Q3. 캐시 메모리로 주로 쓰이는 것은?
- SRAM
- 하드 디스크
- Mask ROM
- DRAM
정답 보기
1번 SRAM
SRAM이다. 재충전이 필요 없어 DRAM보다 빠르다. 비싸고 용량이 작아 CPU 가까이 두는 캐시에 쓴다.
Q4. 가상 메모리에 대한 설명으로 옳은 것은?
- 그래픽 카드 안의 메모리다
- 전원이 꺼져도 내용이 남는 ROM이다
- CPU 처리 속도를 높인다
- 보조기억장치를 주기억장치처럼 써서 용량을 늘린다
정답 보기
4번 보조기억장치를 주기억장치처럼 써서 용량을 늘린다
용량 확장. 속도는 오히려 느리다.
Q5. CPU를 구성하는 요소가 아닌 것은?
- 제어 장치
- 연산 장치
- SSD
- 레지스터
정답 보기
3번 SSD
SSD다. SSD는 데이터를 오래 저장하는 보조 기억장치다. CPU는 제어 장치·연산 장치·레지스터로 이루어진다.
Q6. 플래시 메모리에 대한 설명으로 옳은 것은?
- CPU 안에 있는 가장 빠른 기억장치다
- 하드 디스크 일부를 주기억장치처럼 쓰는 것이다
- 비휘발성이고 전력 소모가 적다
- 전원이 꺼지면 내용이 지워진다
정답 보기
3번 비휘발성이고 전력 소모가 적다
USB 메모리·카메라 메모리 카드에 쓴다. CPU 안의 가장 빠른 기억장치는 레지스터, 하드 디스크를 빌려 쓰는 것은 가상 메모리.
헷갈리기 쉬운 O·X
RAM은 전원이 꺼져도 내용이 유지된다.
정답 보기
X 틀리다. RAM은 휘발성이라 전원이 꺼지면 내용이 지워진다. 꺼져도 남는 것은 ROM이나 보조 기억장치다.
레지스터는 캐시 메모리보다 빠르다.
정답 보기
O 레지스터 > 캐시 > 주기억 > 보조기억.
DRAM은 주기적으로 재충전해야 내용이 유지된다.
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O 맞다. DRAM은 축전기에 전기를 담아 기억하는데 전기가 조금씩 새서 주기적으로 다시 채워야(재충전) 한다. 그래서 이름이 Dynamic(동적) RAM이다.